Active learning (AL) plays a critical role in materials science, enabling applications such as the construction of machine-learning interatomic potentials for atomistic simulations and the operation of self-driving laboratories. Despite its widespread use, the reliability and effectiveness of AL workflows depend on implicit design assumptions that are rarely examined systematically. Here, we critically assess AL workflows deployed in materials science and investigate how key design choices, such as surrogate models, sampling strategies, uncertainty quantification and evaluation metrics, relate to their performance. By identifying common pitfalls and discussing practical mitigation strategies, we provide guidance to practitioners for the efficient design, assessment, and interpretation of AL workflows in materials science.


翻译:主动学习(AL)在材料科学中发挥着关键作用,其应用包括构建用于原子尺度模拟的机器学习原子间势函数以及运行自主驾驶实验室。尽管其应用广泛,但主动学习工作流程的可靠性与有效性依赖于极少被系统审视的隐含设计假设。本文对材料科学中部署的主动学习工作流程进行了批判性评估,并研究了关键设计选择(如代理模型、采样策略、不确定性量化和评估指标)如何影响其性能。通过识别常见缺陷并讨论实用的缓解策略,我们为实践者提供了在材料科学中高效设计、评估和解释主动学习工作流程的指导。

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主动学习是机器学习(更普遍的说是人工智能)的一个子领域,在统计学领域也叫查询学习、最优实验设计。“学习模块”和“选择策略”是主动学习算法的2个基本且重要的模块。 主动学习是“一种学习方法,在这种方法中,学生会主动或体验性地参与学习过程,并且根据学生的参与程度,有不同程度的主动学习。” (Bonwell&Eison 1991)Bonwell&Eison(1991) 指出:“学生除了被动地听课以外,还从事其他活动。” 在高等教育研究协会(ASHE)的一份报告中,作者讨论了各种促进主动学习的方法。他们引用了一些文献,这些文献表明学生不仅要做听,还必须做更多的事情才能学习。他们必须阅读,写作,讨论并参与解决问题。此过程涉及三个学习领域,即知识,技能和态度(KSA)。这种学习行为分类法可以被认为是“学习过程的目标”。特别是,学生必须从事诸如分析,综合和评估之类的高级思维任务。
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