机器学习引言

定义

• 赋予计算机学习的能力，这种能力通过非显著编程实现

• 非显著编程不约束相应的规律,通过经验和样本自主学习

• 而是通过利益函数，使得机器人自己在特定环境下，用自己的行为获得最大收益

• 在针对某个任务T和某个性能指标P，从经验E中学习
• 性能指标P能随着经验E的学习得到提高
• 典型的最优化过程

经验E和性能指标P是根据算法决定的，算法决定了性能的最终体现

分类

学习任务的分类

• 教计算机下棋
• 垃圾邮件识别，教计算机自动识别某个邮件识别是否是垃圾邮件
• 人脸识别，这个人脸是谁
• 无人驾驶

可以看到

• 垃圾邮件识别，教计算机自动识别某个邮件识别是否是垃圾邮件
• 人脸识别，这个人脸是谁

为同一类，称为监督学习

对于经验E，这一类的样本数据是人工收集起来标签给计算机学习的

为数据样本打标签是高消耗人本的过程

另外两个任务

经验E是由计算机和环境互动获得的

我们的程序，需要对计算机互动的行为编写相应的收益函数

同时改变算法，让计算机自行改变自己的行为模式，去获得最大的收益函数

我们称这一类学习为**“强化学习”**

两个分类并不是完全分开，而是可以相辅相成

监督学习分类

根据数据标签存在与否的分类

• 一：传统的监督学习

  • 每一个训练数据都有对应的标签
  • 常用算法：
    • 支持向量机
    • 人工神经网络
    • 深度神经网络

• 二：非监督学习

  • 所有训练数据都没有对应的标签
  • 需要假设：同一类的训练数据在空间中距离更近
  • 假设成立的前提下，运用样本的空间信息
  • 设计算法将它们聚集为两类，从而实现无标签的监督学习
  • 常用算法：
    • 聚类
    • EM算法
    • 主成分分析

• 三：半监督学习

  • 训练数据中一部分有标签，一部分没有标签
  • 网络中存在大量数据，标注数据耗费人力
  • 因此需要，高效利用少类的标注样本数据是个可深入研究的问题

基于标签的固有属性进行分类

• 一：分类

  • 标签是离散的值
  • eg：人脸识别

• 二：回归

  • 标签是连续的值
  • eg：预测房价走势

算法的过程

机器学习的重点是：假设在已经提取好特征的前提下，如何构造算法获得更好的性能

• 第一步：特征提取
  • 通过训练样本获得，对机器学习任务有帮助的多个维度的特征数据
  • 对提取的特征进行特征选择
• 第二步：基于特征选择算法进行训练**(训练的本质是划分特征空间)**
  • 形成一个特征空间，特征空间的维度数目=特征数目
  • 不同的机器学习算法，会形成不同的分界线
  • 机器学习对高维的运算结果，替代了人类的想象力进行世界探索

没有免费午餐定理

任何一个预测函数，如果在一些训练样本上表现好，那么必然在另一些训练样本上表现不好；如果不对数据在特征空间的先验分布有一定假设，那么表现好与表现不好的情况一样多。（即所有算法的表现都是一样的）

自行瞎猜的适合，正确与错误的概率是一样的

这是因为，我们先验分布的预测假设，本身就是等同的

没有放之四海而皆准的算法