西电机器学习简答题核心考点汇总（期末真题，教材西瓜书）

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前言

主要针对西安电子科技大学《机器学习与数据挖掘课程》的简答题核心考点进行汇总，包含总共8章的核心简答。
【期末期间总结资料如下】

针对西电计科院软件工程专业云计算方向大三下学期方厚章老师的《机器学习与数据挖掘》期末考试复习资料。大部分答案来自于方厚章老师的PPT，放心使用。
考试主要包括：简答题和计算题，均为大题。(计算题以后有时间再补充。

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一、机器学习和深度学习区别以及原因

传统特征机器学习（比如方向梯度直方图HOG）跟深度学习有什么不同？深度学习的超越传统特征机器学习的原因是？

不同之处：

1. 特征构造不同：传统的特征学习依靠与人工构造特征，其中HOG，LBP等解决了如何描述数据问题。而深度学习时通过学习自动生成合适的特征，深度学习模拟人类视觉特征，将特征划分为低层特征和高级特征，其中低级特征一般是在网络前几层学习到的（纹理特征），在网络深层一般学习到更高级的特征，例如头部，手臂等。高级特征几乎不会出现在传统的特征提取当中。
2. 特征映射不同：传统的机器学习把特征映射到目标空间，SVM，adaboost等都是解决如何把输入特征映射到目标空间然后完成分类，回归任务。而深度学习中最后的分类被全连接层代替。
3. 处理数据量不同：传统的机器学习方法可能更适合小数据集，深度学习更适合处理大数据问题。
4. 使用的设备不同：深度学习依赖于更加高端的设备（GPU），传统的机器学习可能仅需CPU就可以实现。
5. 时间不同：深度学习训练时间长，传统特征学习训练时间短。

原因：

1. 深度学习在模型训练的同时，对特征抽取进行集成。传统的机器学习依赖于特定领域的专家进行人工特征提取；深度学习不需要对任何特征有先验知识，将特征抽取和分类放在一起完成。
2. 科技发展，有了GPU，TPU等更高级的硬件设备。深度学习融合了这些高端设备。

二、卷积核，池化层作用

1x1卷积核的作用，池化层的作用

1*1卷积核的作用：

1. 1×1卷积可以控制输入特征图的深度，可以减小或增大它，或者在不改变深度时仅添加非线性。
2. 融合不同特征图通道间同一位置的信息并且减小通道数。输出特征图的通道数与卷积核的个数有关，当卷积核的个数小于输入特征图的通道数时，可以起到减小通道数的作用，同时将输入特征图的多通道特征通过单个卷积核进行卷积操作融合。
3. 融合不同特征图通道间同一位置的信息并且增加非线性。当输入特征图和输出的特征图的通道数完全相同时，1*1卷积核可以为输入数据的特征图增加非线性。

池化层的作用：
池化层是将初级的视觉特征筛选并结合成更高级、抽象的视觉特征的过程。通过采样实现，经过池化层后，特征图数量不变，尺寸变小。因此池化主要功能是：

1. 保留主要特征的同时减少参数和计算量。经过MaxPool可以减小卷积核的尺寸，同时又可以保留相应特征，所以主要用来降维
2. 在一定程度上能防止过拟合，由于这一层没有参数，不需要学习。
3. 特征不变性，这种不变性包括translation(平移)，rotation(旋转)，scale(尺度).这就使网络的鲁棒性增强了，有一定抗扰动的作用

三、SVM转化为对偶问题的优点

1. 对偶问题将原始问题中的不等式约束转为了对偶问题中的等式约束
2. 改变了问题的复杂度。由求特征向量w转化为求比例系数α，在原始问题下，求解的复杂度与样本的维度有关，即w的维度。在对偶问题下，只与样本数量有关（对应为m）。
   • SVM原始问题模型严重依赖于数据集的维度 d，如果维度 d 太高就会严重提升运算时间。
   • 对偶问题事实上把SVM 从依赖 d 个维度转变到依赖 m 个数据点，考虑到在最后计算时只有支持向量才有意义，所以这个计算量实际上比 m 小很多。
3. 求解更高效，因为只用求解α系数，而α系数只有在支持向量才非0，其它全部为0。
4. 方便核函数的引入，进而推广到非线性分类问题。

四、核函数的作用

当样本在原始空间线性不可分时，可将样本从原始空间映射到一个更高维的特征空间，使得样本在这个特征空间内线性可分。在求解对偶问题时仅需计算特征向量的内积。

1. 引入了核函数，把高维向量的内积转变成了求低维向量的内积问题。即在特征空间的内积等于它们在原始样本空间中通过核函数 K计算的结果。
2. 核函数是一种表征映射、实现内积逻辑关系且降低计算复杂度的一类特殊函数，定义为K(x,y)=<ϕ(x),ϕ(y)>，一方面数据变成了高维空间中线性可分的数据；另一方面不需要求解具体的映射函数，只需要给定具体的核函数即可。

五、特征的相似度定义，性质

定义：特征相似度是将样本之间的相似性进行数值化表示。
性质：

• 非负性：d(x,y)的取值范围为[0,1]之间，仅当d(x,x)=1
• 对称性：d(x,y)=d(y,x)

六、预剪枝与后剪枝优缺点

预剪枝优点和缺点

• 优点1：预剪枝让决策树的很多分支没有展开, 降低了过拟合风险
• 优点2：显著减少训练时间和测试时间开销
• 缺点1：欠拟合风险。有些分支的当前划分虽然不能提升泛化性能，但在其基础上进行的后续划分却有可能导致性能显著提高。预剪枝基于“贪心”本质禁止这些分支展开，带来了欠拟合风险

后剪枝的优缺点

• 优点1：后剪枝比预剪枝保留了更多的分支，欠拟合风险小，泛化性能往往优于预剪枝决策树
• 缺点1：训练时间开销大：后剪枝过程是在生成完全决策树之后进行的，需要自底向上对所有非叶结点逐一考察

七、密度直接可达，密度可达，密度相连定义

八、DBSCAN相对于k-menas的优缺点

DBSCAN的主要优点:

1. 可以对任意形状的稠密数据集进行聚类，相对的, K-Means之类的聚类算法一般只适用于凸数据集。
2. 可以在聚类的同时发现异常点，对数据集中的异常点不敏感。 聚类结果没有偏倚,相对的， K-Means之类的聚类算法初始值对聚类结果有很大影响。

DBSCAN的主要缺点:

1. 如果样本集的密度不均匀、聚类间距差相差很大时，聚类质量较差，这时用DBSCAN聚类一般不适合。
2. 如果样本集较大时，聚类收敛时间较长。
3. 调参相对于传统的K-Means之类的聚类算法稍复杂，主要需要对距离阈值e，邻域样本数阈值MinPts联合调参，不同的参数组合对最后的聚类效果有较大影响。

九、LDA和PCA区别

LDA（线性判别式分析 Linear Discriminant Analysis）属于机器学习中的监督学习算法，常用来做特征提取、数据降维和任务分类。LDA算法的目标是使降维后的数据类内方差最小，类间方差最大（即使数据在低维度上进行投影，投影后希望每一种类别数据的投影点尽可能的接近，而不同类别的数据中心之间的距离尽可能的大。）
相同点：

1. 两者均可以对数据进行降维。
2. 两者在降维时均使用了矩阵特征分解的思想。
3. 两者都假设数据符合高斯分布。

不同点：

1. LDA是有监督的降维方法，而PCA是无监督的降维方法
2. LDA降维最多降到类别数k-1的维数，而PCA没有这个限制。
3. LDA除了可以用于降维，还可以用于分类。
4. LDA选择分类性能最好的投影方向，而PCA选择样本点投影具有最大方差的方向。

总结

21年大部分考题和20年保持相同，考试题量较大，但是答案和难度较低。建议在简答题上只写核心内容，否则后续计算题时间可能不够。