机器学习：人工智能分支中的探索

机器学习是人工智能的一个分支。人工智能的研究历史有着一条从以“推理”为重点，到以“知识”为重点，再到以“学习”为重点的自然、清晰的脉络。显然，机器学习是实现人工智能的一个途径，即以机器学习为手段解决人工智能中的问题。机器学习在近30多年已发展为一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、计算复杂性理论等多门学科。机器学习理论主要是设计和分析一些让计算机可以自动“学习”的算法。机器学习算法是一类从数据中自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测的算法。因为学习算法中涉及了大量的统计学理论，机器学习与推断统计学联系尤为密切，也被称为统计学习理论。算法设计方面，机器学习理论关注可以实现的，行之有效的学习算法。很多推论问题属于无程序可循难度，所以部分的机器学习研究是开发容易处理的近似算法。
机器学习已广泛应用于数据挖掘、计算机视觉、自然语言处理、生物特征识别、搜索引擎、医学诊断、检测信用卡欺诈、证券市场分析、DNA序列测序、语音和手写识别、战略游戏和机器人等领域。
具体的机器学习算法有：
• 构造间隔理论分布：聚类分析和模式识别
o 人工神经网络
o 决策树
o 感知器
o 支持向量机
o 集成学习AdaBoost
o 降维与度量学习
o 聚类
o 贝叶斯分类器
• 构造条件概率：回归分析和统计分类
o 高斯过程回归
o 线性判别分析
o 最近邻居法
o 径向基函数核
• 通过再生模型构造概率密度函数：
o 最大期望算法
o 概率图模型：包括贝叶斯网和Markov随机场
o Generative Topographic Mapping
• 近似推断技术：
o 马尔可夫链
o 蒙特卡罗方法
o 变分法
• 最优化：大多数以上方法，直接或者间接使用最优化算法。
机器学习有下面几种定义：
• 机器学习是一门人工智能的科学，该领域的主要研究对象是人工智能，特别是如何在经验学习中改善具体算法的性能。
• 机器学习是对能通过经验自动改进的计算机算法的研究。
• 机器学习是用数据或以往的经验，以此优化计算机程序的性能标准。
一种经常引用的英文定义是：A computer program is said to learn from experience E with respect to some class of tasks T and performance measure P, if its performance at tasks in T, as measured by P, improves with experience E.
机器学习分为监督学习（回归分析和统计分类），无监督学习（GAN，聚类），半监督学习。
生成对抗网络（英语：Generative Adversarial Network，简称GAN）是非监督式学习的一种方法，通过让两个神经网络相互博弈的方式进行学习。该方法由伊恩•古德费洛等人于2014年提出。[1] 生成对抗网络由一个生成网络与一个判别网络组成。生成网络从潜在空间（latent space）中随机取样作为输入，其输出结果需要尽量模仿训练集中的真实样本。判别网络的输入则为真实样本或生成网络的输出，其目的是将生成网络的输出从真实样本中尽可能分辨出来。而生成网络则要尽可能地欺骗判别网络。两个网络相互对抗、不断调整参数，最终目的是使判别网络无法判断生成网络的输出结果是否真实。
生成对抗网络常用于生成以假乱真的图片。此外，该方法还被用于生成影片、三维物体模型[6]等。
虽然生成对抗网络原先是为了无监督学习提出的，它也被证明对半监督学习、完全监督学习、强化学习是有用的。在一个2016年的研讨会，杨立昆描述生成式对抗网络是“机器学习这二十年来最酷的想法”。
应用：时尚和广告：生成对抗网络可用于创建虚构时装模特的照片，无需聘请模特、摄影师、化妆师，也省下工作室和交通的开销。 生成对抗网络可用于时尚广告活动，创建来自不同群体的模特儿，这可能会增加这些群体的人的购买意图。
科学：生成对抗网络可以改善天文图像，并模拟重力透镜以进行暗物质研究。在2019年，生成对抗网络成功地模拟了暗物质在太空中特定方向的分布，并预测将要发生的引力透镜。
影像游戏：在2018年，生成对抗网络进入了影像游戏改造社区。在旧影像游戏中，借由图像训练，以4k或更高分辨率重新创建低分辨率2D纹理，然后对它们进行下取样以适应游戏的原始分辨率（结果类似于抗锯齿的超级取样方法。通过适当的训练，生成对抗网络提供更清晰、高于原始的2D纹理图像品质，同时完全保留原始的细节、颜色。