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路由与压缩子网 — 训练目标与训练计划

概述

路由与压缩子网类比人脑的感觉中枢,负责处理多模态输入(图像、语音、文本)的特征提取与压缩,将原始数据转化为轻量级的标准引用张量(Reference Tensor)。

架构定位

路由与压缩子网是 NextAgent 唯一外部信息输入路径。所有图像、文本、语音输入都必须经过此子网处理。

原始输入 (图像/语音/文本)  ←── 唯一外部输入入口
    │
    ▼
┌──────────────────────────────────────────────┐
│           路由与压缩子网(感觉中枢)              │
│                                              │
│  ┌──────────────────────────────────────────┐│
│  │  阶段 A(即时处理)                        ││
│  │  输入产生时立即执行                        ││
│  │                                          ││
│  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌────────┐ ││
│  │  │ 多模态     │→│ 特征融合  │→│ 标签    │ ││
│  │  │ 编码器     │ │ (Attention)│ │ 生成器  │ ││
│  │  └──────────┘  └──────────┘  └────────┘ ││
│  │                                          ││
│  │  输出:标签张量 → 立即发送给调度 Core       ││
│  │  原始数据 → 存入滑动窗口(保留一段时间)    ││
│  └──────────────────────────────────────────┘│
│                                              │
│  ┌──────────────────────────────────────────┐│
│  │  阶段 B(轮结束后执行)                    ││
│  │  Core 通知后触发                         ││
│  │                                          ││
│  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌────────┐ ││
│  │  │ 压缩编码  │→│ 张量化    │→│ 归档/   │ ││
│  │  │ (AutoEnc) │ │ (Tensor)  │ │ 丢弃    │ ││
│  │  └──────────┘  └──────────┘  └────────┘ ││
│  │                                          ││
│  │  处理目标:滑动窗口中的原始数据             ││
│  └──────────────────────────────────────────┘│
│                                              │
└──────────────────┬───────────────────────────┘
                   │
                   ├── 阶段 A: 标签张量(即时) → 调度 Core
                   └── 阶段 B: 处理后数据(轮结束)→ 冷区存储/丢弃

滑动窗口机制

路由子网维护一个滑动窗口暂存原始输入数据:

参数 说明
窗口大小 最近 N 条输入(可配置,默认 10 条)
保留时间 窗口内数据在本轮调度结束前均有效
触发清除 Core 通知 flush_window() 后处理残留数据
数据用途 供 Core 调度中间再次提取详细特征

边界规则

规则 说明
唯一输入路径 所有外部数据必须经过此子网
不参与调度循环内部 路由子网不参与 Core 的内部记忆/推理循环(除非 Core 要求从窗口提取更多特征)
两阶段处理 快速出标签 → 轮结束再处理原始数据

输入/输出

项目 说明
输入 原始多模态数据(图像/语音/文本)+ 控制张量(来自Core)
输出 标准引用张量(发送给Core)
输出格式 统一通信张量,fmt_id=0 (ref_tensor)
压缩目标 10:1 ~ 100:1 压缩率
延迟目标 单次处理 < 50ms

子网内部架构

┌──────────────────────────────────────────────┐
│       路由与压缩子网 内部架构                   │
│                                              │
│  图像输入 ──→ ViT 编码器 ─┐                  │
│  语音输入 ──→ Wav2Vec ────┤                  │
│  文本输入 ──→ BERT ──────┤                  │
│                          │                  │
│                          ▼                  │
│              ┌─────────────────────┐         │
│              │  多模态特征融合层     │         │
│              │  Cross-Attention     │         │
│              │  Transformer 交叉编码 │         │
│              └──────────┬──────────┘         │
│                         │                    │
│                         ▼                    │
│              ┌─────────────────────┐         │
│              │  压缩编码器          │         │
│              │  Variational AE      │         │
│              │  或 Vector Quantized  │         │
│              │  VAE (VQ-VAE)       │         │
│              └──────────┬──────────┘         │
│                         │                    │
│                         ▼                    │
│              ┌─────────────────────┐         │
│              │  张量编码层          │         │
│              │  内部格式→统一通信张量 │         │
│              │  拼接 fmt_id=0 前缀    │         │
│              └──────────┬──────────┘         │
└─────────────────────────┼─────────────────────┘
                          │
                          ▼
                  标准引用张量输出

训练目标

目标 1:多模态特征提取能力

指标 目标值 说明
图像分类 Top-1 ≥ 85% 在 ImageNet 上
语音识别字错率 ≤ 5% 在 LibriSpeech 上
文本理解 F1 ≥ 90% 在 GLUE 基准上
多模态对齐准确率 ≥ 92% 跨模态检索任务

目标 2:高压缩率下的信息保留

指标 目标值 说明
压缩率 10:1 ~ 100:1 可配置,动态调整
重建质量 PSNR ≥ 30dB 图像重建
语义保留率 ≥ 95% 压缩前后语义相似度
信息瓶颈下界 ≤ 理论下限的 110% 接近最优压缩

目标 3:标准张量格式兼容性

指标 目标值 说明
张量编码精度损失 ≤ 0.1% 编码/解码循环误差
协议兼容率 100% 与所有子网的标准张量协议兼容
编码延迟 ≤ 5ms 张量编码层处理时间

训练计划

阶段 1:对比学习预训练(单模态编码器)

目标:为每个模态预训练独立编码器

技术路线:

模态 模型 预训练方法 数据集
图像 ViT (Vision Transformer) SimCLR / MoCo v3 ImageNet-1K, JFT-300M
语音 Wav2Vec 2.0 / HuBERT 对比预测编码 (CPC) LibriSpeech, CommonVoice
文本 BERT / RoBERTa Masked Language Model BookCorpus, Wikipedia

训练步骤:

  1. 图像编码器:使用 SimCLR 对比学习预训练 ViT-Base,batch size 4096,训练 200 epochs
  2. 语音编码器:使用 HuBERT 自监督预训练,k-means 聚类作为伪标签,训练 400k steps
  3. 文本编码器:使用 RoBERTa 预训练,MLM 任务,训练 500k steps
  4. 评估:分别在下游任务上评估各编码器质量

阶段 2:知识蒸馏(编码器轻量化)

目标:将大模型能力蒸馏到轻量编码器

技术路线:

  • Teacher-Student 蒸馏框架
  • Teacher 模型:ViT-Large / HuBERT-Large / RoBERTa-Large
  • Student 模型:ViT-Tiny / TinyHuBERT / DistilBERT

训练步骤:

  1. 冻结 Teacher 模型权重
  2. Student 模型学习 Teacher 的隐藏层输出(MSE loss)
  3. 同时学习 Teacher 的 attention map(KL divergence)
  4. 添加任务损失保持下游性能
  5. 目标:Student 参数量 ≤ Teacher 的 20%,性能 ≥ Teacher 的 95%

阶段 3:AutoEncoder 端到端训练

目标:训练压缩-重建网络,实现高压缩率下的信息保留

技术路线:

  • 架构:VQ-VAE (Vector Quantized Variational Autoencoder)
  • 或 改进版本:VQ-GAN (加入对抗损失)

训练步骤:

  1. 固定阶段1-2的编码器输出作为特征输入
  2. VQ-VAE 编码器将特征压缩到潜在空间
  3. 代码本(Codebook)大小为 8192,每个码字维度 64
  4. 解码器重建原始特征
  5. 损失函数:
    • 重建损失: MSE(原特征, 重建特征)
    • 码本损失: sg[encoder_output] - codebook + β * sg[codebook] - encoder_output
    • 承诺损失: 鼓励编码器输出靠近选中的码字
  6. 训练 100 epochs,batch size 256
  7. 评估:在不同压缩率 (10x, 50x, 100x) 下测量重建质量

阶段 4:编码适配器训练

目标:训练编码层将内部张量转换为统一通信张量(拼接 fmt_id/parser_id 前缀)

技术路线:

  • 可学习的线性投影层 + LayerNorm
  • 维度对齐网络(Projection Head)

训练步骤:

  1. 定义统一通信张量的目标维度(payload 部分)
  2. 收集阶段3的 VQ-VAE 潜在表示作为训练数据
  3. 训练投影网络将内部张量映射到 payload 格式
  4. 实现编码适配器: payload + 拼接 [fmt_id=0, parser_id=0, padding..., data]
  5. 训练配套的解码网络(供其他子网使用)
  6. 验证编码/解码循环的一致性误差

阶段 5:联合端到端微调

目标:将前四个阶段整合,端到端微调路由子网

训练步骤:

  1. 构建完整的路由子网流水线:输入 → 编码 → 压缩 → 张量化
  2. 与记忆子网、逻辑子网联合训练(参看训练流程)
  3. 使用多任务损失: L_total = L_rec + L_semantic + L_tensor + λ * L_reg

评估指标体系

离线评估

指标 计算方法 目标
压缩率 原始数据大小 / 张量大小 ≥ 10x
重建 PSNR 峰值信噪比 ≥ 30 dB
语义保留率 cosine_sim(原语义向量, 重建语义向量) ≥ 0.95
编码延迟 从输入到张量输出的时间 ≤ 50 ms
张量协议兼容性 编码/解码循环一致性 ≥ 99.9%

在线评估(与 Core 集成后)

指标 说明
信息缺失率 Core 通知缺少信息时触发
冗余压缩率 引用张量中实际被使用的比例
多模态融合质量 下游任务表现的改善

技术难点与对策

难点 对策
不同模态特征空间不统一 使用 Cross-Attention Transformer 对齐特征分布
极端压缩下信息丢失 引入语义损失(对比学习) + 自适应压缩率
实时性要求高 编码器轻量化 + 量化加速(INT8)
多模态时间同步 时间戳对齐 + 滑动窗口缓冲