人工智能数学模型的理论基础——线性代数

        线性代数的概念对于理解机器学习背后的原理非常重要，尤其是在深度学习领域中。它可以帮助我们更好地理解算法内部到底是怎么运行的，借此，我们就能够更好的做出决策。所以，如果你真的希望了解机器学习具体算法，就不可避免需要精通这些线性代数的概念。

        线性代数中的概念是理解机器学习理论所必需的基础知识，尤其是对那些处理深度学习算法的人而言。在刚接触机器学习时，你可以不需要掌握线性代数。但到了一定程度后，当你希望更好地理解不同机器学习算法运作原理时，线性代数就很有用了，它可以帮助你在开发机器学习系统时更好地做决策。

      在线性代数中，由单独的数 a 构成的元素被称为标量（scalar）：一个标量 a 可以是整数、实数或复数。如果多个标量 a1,a2,⋯,ana1,a2,⋯,an 按一定顺序组成一个序列，这样的元素就被称为向量（vector）。显然，向量可以看作标量的扩展。原始的一个数被替代为一组数，从而带来了维度的增加，给定表示索引的下标才能唯一地确定向量中的元素。

      每个向量都由若干标量构成，如果将向量的所有标量都替换成相同规格的向量，得到的就是矩阵（matrix），相对于向量，矩阵同样代表了维度的增加，矩阵中的每个元素需要使用两个索引（而非一个）确定。同理，如果将矩阵中的每个标量元素再替换为向量的话，得到的就是张量（tensor）。直观地理解，张量就是高阶的矩阵。

      如果把三阶魔方的每一个小方块看作一个数，它就是个 3×3×3 的张量，3×3 的矩阵则恰是这个魔方的一个面，也就是张量的一个切片。相比于向量和矩阵，张量是更加复杂，直观性也更差的概念。

      向量和矩阵不只是理论上的分析工具，也是计算机工作的基础条件。人类能够感知连续变化的大千世界，可计算机只能处理离散取值的二进制信息，因而来自模拟世界的信号必须在定义域和值域上同时进行数字化，才能被计算机存储和处理。从这个角度看，线性代数是用虚拟数字世界表示真实物理世界的工具。

      在计算机存储中，标量占据的是零维数组；向量占据的是一维数组，例如语音信号；矩阵占据的是二维数组，例如灰度图像；张量占据的是三维乃至更高维度的数组，例如 RGB 图像和视频。