认识机器学习

经院吉吉

前序:搜索机器学习百度百科给出了这样的定义,“机器学习(Machine Learning, ML)是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。”事实上机器学习包含了许多数学原理推导与实际应用技巧,所以如果要真正学习,就要清楚一个个算法是怎么来的以及如何去应用,机器学习有哪些应用相信大家已经很熟悉了,模式识别,自然语言处理,数据挖掘等等

学习流程:1.数据收集与预处理——>2.特征选择与模型构建——>3.评估与预测

问题

人工智能的浪潮正在席卷全球,诸多词汇时刻萦绕在我们耳边:人工智能(Artificial Intelligence)、机器学习(Machine Learning)、深度学习(Deep Learning)。不少人对这些高频词汇的含义及其背后的关系总是似懂非懂、一知半解。 人工智能指由人类制造出的机器表现出的智能。这是一个非常大的范围,长远目标是让机器实现类人智能。 不过目前我们还在非常非常初级的阶段,甚至都不能称为智能。机器学习是指通过数据训练出能完成一定功能的模型,是实现人工智能的手段之一,也是目前最主流的人工智能实现方法。那么机器学习有哪些方法呢?

综合分类

综合考虑各种学习方法出现的历史渊源、知识表示、推理策略、结果评估的相似性、研究人员交流的相对集中性以及应用领域等诸因素。将机器学习方法 [1]  区分为以下六类:
1)经验性归纳学习 (empirical inductive learning)
经验性归纳学习采用一些数据密集的经验方法(如版本空间法、ID3法,定律发现方法)对例子进行归纳学习。其例子和学习结果一般都采用属性、谓词、关系等符号表示。它相当于基于学习策略分类中的归纳学习,但扣除联接学习、遗传算法、加强学习的部分。
2)分析学习(analytic learning)
分析学习方法是从一个或少数几个实例出发,运用领域知识进行分析。其主要特征为:
·推理策略主要是演绎,而非归纳;
·使用过去的问题求解经验(实例)指导新的问题求解,或产生能更有效地运用领域知识的搜索控制规则。
分析学习的目标是改善系统的性能,而不是新的概念描述。分析学习包括应用解释学习、演绎学习、多级结构组块以及宏操作学习等技术。
3)类比学习
它相当于基于学习策略分类中的类比学习。在这一类型的学习中比较引人注目的研究是通过与过去经历的具体事例作类比来学习,称为基于范例的学习(case_based learning),或简称范例学习。
4)遗传算法(genetic algorithm)
遗传算法模拟生物繁殖的突变、交换和达尔文的自然选择(在每一生态环境中适者生存)。它把问题可能的解编码为一个向量,称为个体,向量的每一个元素称为基因,并利用目标函数(相应于自然选择标准)对群体(个体的集合)中的每一个个体进行评价,根据评价值(适应度)对个体进行选择、交换、变异等遗传操作,从而得到新的群体。遗传算法适用于非常复杂和困难的环境,比如,带有大量噪声和无关数据、事物不断更新、问题目标不能明显和精确地定义,以及通过很长的执行过程才能确定当前行为的价值等。同神经网络一样,遗传算法的研究已经发展为人工智能的一个独立分支,其代表人物为霍勒德(J.H.Holland)。
5)联接学习
典型的联接模型实现为人工神经网络,其由称为神经元的一些简单计算单元以及单元间的加权联接组成。
6)增强学习(reinforcement learning)
增强学习的特点是通过与环境的试探性(trial and error)交互来确定和优化动作的选择,以实现所谓的序列决策任务。在这种任务中,学习机制通过选择并执行动作,导致系统状态的变化,并有可能得到某种强化信号(立即回报),从而实现与环境的交互。强化信号就是对系统行为的一种标量化的奖惩。系统学习的目标是寻找一个合适的动作选择策略,即在任一给定的状态下选择哪种动作的方法,使产生的动作序列可获得某种最优的结果(如累计立即回报最大)。
在综合分类中,经验归纳学习、遗传算法、联接学习和增强学习均属于归纳学习,其中经验归纳学习采用符号表示方式,而遗传算法、联接学习和加强学习则采用亚符号表示方式;分析学习属于演绎学习。
实际上,类比策略可看成是归纳和演绎策略的综合。因而最基本的学习策略只有归纳和演绎。
从学习内容的角度看,采用归纳策略的学习由于是对输入进行归纳,所学习的知识显然超过原有系统知识库所能蕴涵的范围,所学结果改变了系统的知识演绎闭包, 因而这种类型的学习又可称为知识级学习;而采用演绎策略的学习尽管所学的知识能提高系统的效率,但仍能被原有系统的知识库所蕴涵,即所学的知识未能改变系统的演绎闭包,因而这种类型的学习又被称为符号级学习。

学习形式分类

1)监督学习(supervised learning)
监督学习,即在机械学习过程中提供对错指示。一般实在是数据组中包含最终结果(0,1)。通过算法让机器自我减少误差。这一类学习主要应用于分类和预测 (regression & classify)。监督学习从给定的训练数据集中学习出一个函数,当新的数据到来时,可以根据这个函数预测结果。监督学习的训练集要求是包括输入和输出,也可以说是特征和目标。训练集中的目标是由人标注的。常见的监督学习算法包括回归分析和统计分类。
2)非监督学习(unsupervised learning)
非监督学习又称归纳性学习(clustering)利用K方式(Kmeans),建立中心(centriole),通过循环和递减运算(iteration&descent)来减小误差,达到分类的目的。
关于深度学习
深度学习是机器学习中神经网络的延伸,只不过应用比较广,在计算机视觉和自然语言处理中更厉害一些深度学习本来并不是一种独立的学习方法,其本身也会用到有监督和无监督的学习方法来训练深度神经网络。但由于近几年该领域发展迅猛,一些特有的学习手段相继被提出(如残差网络),因此越来越多的人将其单独看作一种学习的方法。

最初的深度学习是利用深度神经网络来解决特征表达的一种学习过程。深度神经网络本身并不是一个全新的概念,可大致理解为包含多个隐含层的神经网络结构。为了提高深层神经网络的训练效果,人们对神经元的连接方法和激活函数等方面做出相应的调整。其实有不少想法早年间也曾有过,但由于当时训练数据量不足、计算能力落后,因此最终的效果不尽如人意。

深度学习摧枯拉朽般地实现了各种任务,使得似乎所有的机器辅助功能都变为可能。无人驾驶汽车,预防性医疗保健,甚至是更好的电影推荐,都近在眼前,或者即将实现。

最后送大家一句话“学习就是模仿的过程,先去模仿,再去创作”-----共勉

参考:

https://www.zhihu.com/question/57770020

https://baike.baidu.com/item/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E5%AD%A6%E4%B9%A0/217599?fr=aladdin








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