CMU 07-280 全課總結:學會什麼、缺什麼,以及下一門怎麼選
完成 07-280 不等於看完 24 篇導讀;至少要留下搜尋器、監督式模型、CNN/GPT-2 實驗與一個 RL+MCTS 小系統,再依缺口選 07-380、10-301 或專題課。
完成 07-280 不等於看完 24 篇導讀;至少要留下搜尋器、監督式模型、CNN/GPT-2 實驗與一個 RL+MCTS 小系統,再依缺口選 07-380、10-301 或專題課。
07-280 是 CMU Spring 2026 首開的 AI+ML 核心:24 講、12 個作業編號,從 heuristic search、CSP 與機器學習一路做到 AlexNet、GPT-2、AlphaZero。教材足以自學,但沒有完整公開錄影、Canvas checkpoint 或 Gradescope 回饋。
Lecture 1 用 alien autoencoder、AI/ML 範圍與 AI 發展史建立全課座標:智慧系統不是模型清單,而是在不確定下把輸入表示成可計算決策。
Lecture 2 把搜尋拆成 problem、frontier 與 priority:UCS 看已付成本,Greedy 看估計剩餘成本,A* 用 `f=g+h` 合併兩者;tree 與 graph search 的最優條件並不相同。
Lecture 3 把單一路徑改成 contingent plan:minimax 對抗最佳對手,alpha-beta 在不改 root value 下跳過無關分支,expectimax 則用機率取代最壞情況。
Lecture 4 利用 variables、domains、constraints 暴露問題結構,再把 DFS 升級成 backtracking、forward checking、AC-3、MRV 與 LCV;重點是更早證明某些選擇不可能成功。
Lecture 5 把機器學習寫成 `X → Y`、loss、risk 與 empirical risk minimization:訓練集只能提供平均已知損失,真正目標仍是未知分布上的 generalization。
Lecture 6 從 decision stump 遞迴建樹,用 entropy 衡量 label uncertainty,再以 `I(Y;W)=H(Y)-H(Y|W)`選擇分裂;這是計算可行的 greedy ERM,不是全域最佳樹保證。
Lecture 7 把 ERM 套到 linear functions 與 squared loss,從一維 slope 推到矩陣形式 `argmin ||y-Xθ||²`,再在 `XᵀX` 可逆時得到 normal equation。
Lecture 8 從一維 parabola 推到 vector gradient,再比較 batch GD、SGD 與 mini-batch;learning rate 決定更新是收斂、震盪或發散。
Lecture 9 不直接預測 0 或 1,而以 sigmoid 建模 P(y=1|x),再用 cross-entropy 與凸最佳化學出參數;多類別版本自然延伸成 softmax regression。
Lecture 10 先用 φ(x) 讓線性模型表達非線性,再以 train/validation/test 分工、L1/L2 regularization 與 model selection 限制新增自由度造成的過度擬合。
Lecture 11 把單一 logistic neuron 擴成多層網路:linear layer 產生 z、activation 產生 a,多個 neuron 共同學出 feature transform,再以 loss 和 gradient descent 訓練權重。
Lecture 12 把神經網路視為 computation graph:forward pass 保存中間量,backward pass 從 loss 開始傳遞 upstream gradient,並用線性層、activation 與 softmax 的局部規則一次算出全部參數梯度。
Lecture 13 把 alignment 拆成目標規格、distribution shift、監督與修正能力,並用 autonomous AI scientists 的 benchmark selection、data leakage 與 post-hoc selection 實驗說明:只看最終論文不足以稽核整個研究流程。
Lecture 14 以 local connectivity 與 parameter sharing 取代全連接影像模型,從 convolution、stride、padding、pooling 走到 AlexNet、GPU data parallelism、ResNet skip connection 與 BatchNorm。
Lecture 15 將 pretrained model 拆成 representation g 與 task head h:可以凍結 g 只訓練 head,也能用較小 learning rate fine-tune 部分或全部參數;選擇取決於資料量與 source-target 差距。
Lecture 16 從 likelihood p(D|θ) 出發,以 i.i.d. 將聯合機率寫成乘積,再用 log 變成和;Bernoulli MLE 得到樣本比例,conditional Bernoulli 得到 logistic cross-entropy,Gaussian noise 則得到 squared error。
第 17 講先決定文字如何切成 token,再用 N-gram 把序列機率改寫成可從 corpus 計數的條件機率;tokenization 不是前處理小事,而是模型能看見什麼的第一個設計決定。
第 18 講把 chain rule 截成 N-gram Markov assumption,以 corpus counts 做 MLE,再比較 greedy、categorical sampling 與 temperature;真正的瓶頸是未見 context 的零機率與固定視窗。
第 19 講以兩個 embedding matrices、dot-product similarity、softmax 與 cross-entropy 建立最小 next-token model,讓相似 context 透過共享向量參數取代 N-gram 的獨立計數格。
第 20 講先把單 token embedding 擴成 sequence,以 positional encoding 補順序,再推導 Q/K/V scaled dot-product attention、causal mask 與 multi-head blocks,最後接到 GPT-2。
第 21 講把隨機序列決策寫成已知 dynamics 的 MDP,以 Bellman backup 定義 value 與 Q-value,再用 value iteration 或 policy iteration 求最佳 policy。
第 22 講保留 MDP 骨架,拿掉已知 transition 與 reward 的假設;TD learning 用一步 sample 更新 value,Q-learning 再以 off-policy target 直接學最佳 action values。
第 23 講以 Qθ(s,a) 取代巨大 Q-table:先用 features 線性近似並由 squared TD error 推導 gradient update,再以 replay data 與固定 target network 形成 DQN。
Spring 2026 Lecture 24 是 MCTS,不是 Fall 2026 的 LLM post-training;本講以 selection、expansion、rollout、backup 與 UCB 分配模擬,再由 policy/value heads 與 self-play 接到 AlphaZero。
第一階段把 Lectures 1–12 串成同一條決策鏈:先定義狀態、動作與目標,再用 heuristic、loss、regularization 與 backpropagation 控制龐大搜尋空間。
第二階段不把 CNN 與 Transformer 當兩份架構圖背誦,而是透過 HW8 與 HW11 檢查表示、計算圖、訓練、遷移與生成是否真的接得起來。
第三階段把 value、policy、bootstrapping、function approximation 與 MCTS 接成 AlphaZero:network 提供先驗與估值,search 改善決策,self-play 再產生下一輪資料。
Spring 2026 Lecture 1 聚焦神經元、感知器、連結主義與深度學習問題設定;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 2 聚焦布林電路、網路寬度與深度,以及表示能力不等於可訓練性;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 3 聚焦資料分布、假設、損失、經驗風險與泛化之間的角色;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 4 聚焦梯度、學習率、參數更新與線性神經元的訓練;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 5 聚焦計算圖、chain rule、局部導數與梯度重用;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 6 聚焦非凸損失曲面、曲率、鞍點與 momentum 的累積方向;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 7 聚焦full batch、mini-batch、隨機梯度與二階資訊的成本取捨;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 8 聚焦AdaGrad、Adam、正則化、BatchNorm、Dropout 與 loss 選擇;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 9 聚焦局部連接、權重共享、卷積核與特徵圖;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 10 聚焦stride、padding、receptive field 與多通道卷積;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 11 聚焦卷積架構堆疊、特徵階層與設計取捨;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 12 聚焦CNN 訓練、架構選擇與視覺模型的整體串接;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 13 聚焦序列狀態、時間展開、參數共享與 recurrent computation;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 14 聚焦時間反向傳播、梯度穩定性與 LSTM 類 gated memory;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 15 聚焦可變長輸入輸出、對齊未知問題與 CTC 目標;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 16 聚焦blank、collapse 規則、前綴機率與近似解碼;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 17 聚焦自回歸機率分解、條件語言模型與翻譯解碼;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 18 聚焦query、key、value、scaled dot-product attention 與 Transformer block;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 19 聚焦encoder/decoder 結構、mask、residual path 與架構變體;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 20 聚焦規模化自回歸模型、訓練階段、推論與能力邊界;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 21 聚焦瓶頸表示、重建目標、降維與表示品質;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 22 聚焦latent variable、ELBO、KL 項與 reparameterization trick;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 23 聚焦forward noising、reverse denoising、score/noise prediction 與採樣;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 24 聚焦generator、discriminator、minimax objective 與訓練不穩定;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 25 聚焦message passing、aggregation、node representation 與 permutation symmetry;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 26 聚焦state、action、reward、return、value 與 policy learning;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 27 聚焦聯想記憶、能量函數、固定點與 pattern retrieval;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
Spring 2026 Lecture 28 聚焦能量式機率模型、隨機單元、partition function 與學習困難;本文依官方 slides 與錄影重建主線,並提供不依賴課內 grader 的小型自我檢查。
CMU 11-785 Spring 2026 的 28 講內容都有官方 slides 與 YouTube,另有大量公開 bootcamp/recitation;但 HW1–4 的核心規格、starter 與評測依賴 Autolab、Piazza 和 Kaggle。
07-380 Fall 2026 是 CMU AI 新制第二門首開,26 講涵蓋邏輯、規劃、優化、機率圖、生成式與系統,Lec01 與 Prop Logic 已公開;HW1-7、Quiz×6 與 Final Project 多數尚未釋出,本文以 A2→A3 過渡版對照 07-280 的銜接與校外自學邊界。
HW1 是 written+programming 作業:用機率、微積分、線代與 CS 題組檢查地基,再實作 majority-vote classifier。
HW2 要先用 entropy 與 mutual information 手算切分,再完成建樹、預測與評估的端到端分類器。
HW3 是純 written 作業,以 decision tree 回顧,再比較 K-NN、Perceptron 與 Linear Regression 的 inductive bias、誤差與 model selection。
HW4 把機率解釋、cross-entropy 梯度與程式實作綁在一起,驗收的是一條可追蹤的訓練流程。
HW5 的價值在於不靠自動微分,親手追蹤 forward shapes、cache 與 backward gradients。
HW6 把 generalization、MLE/MAP、probabilistic learning、公平指標與社會影響放在同一份 written 作業,逼你說清楚假設與取捨。
HW7 在 HW5 的 backpropagation 地基上加入深度模型的架構與訓練問題,重點是診斷而非只把網路加深。
HW8 把 state、action、reward、transition 與 value update 接起來,驗收你能否區分環境動態、policy 與估計誤差。
最後一份 written 作業把 ensemble、clustering、representation 與 recommendation 並列,驗收你能否按問題結構選學習典範。
Spring 2026 的 10-301/601 公開 27 講教材與九份作業包;校外讀者能完成主要實作,但拿不到 Panopto、Piazza、Gradescope 與正式作業解答。
CMU 在 2026 年把原本分開的廣義 AI 與 SCS 機器學習入口,重新整合成 07-280 → 07-380;這是內容與先修路線的重切,不是兩門課逐一改名。
CMU 15-281 的 Search and Games 明確標示源自 Berkeley Pacman AI projects;官方課站另列一份零分 P0 tutorial,以及 P1–P5 五份 programming assignments。
Stanford 沒有 AI 學位,AI 是 CS 底下的一條 track;CMU 2018 年開出全美第一個 B.S. in Artificial Intelligence,把 AI 拆成四個 cluster 並強制各修一門,還把倫理課列進畢業要求。碩士這條線則是 MSAII——不在 CS 系,在語言技術研究所,195 學分裡有 84 分是創業流程,最後要交一個能拿去募資的 capstone。查證時發現兩處官方頁面自己打架:AI Core 是 2 門還 3 門、總學分是 192 還 195。
CMU 現行 BSAI 已改成 07-280 → 07-380,再從 NLP/視覺核心與四個 AI clusters 延伸;但 07-380 要到 Fall 2026 才首開。07-280 Spring 2026 的殘留教材與 10-301/601 已能完整自學,15-281 則是仍有價值的退休舊路線。