Pytorch 深度学习实践 day01（背景）

1. 准备
   

• 线性代数，概率论与数理统计，Python
• 理解随机变量和分布之间的关系

2. 人类智能和人工智能

• 人类智能分为推理和预测
  
• 推理：通过外界信息的输入，来进行的推测
  
• 预测：例如，看到一个真实世界的实体，把它和抽象概念联系起来
  
• 人工智能（机器学习）：把以前我们用来做推理或预测的大脑，变成算法
• 在机器学习和深度学习中，常用的是监督学习，即有标签的数据集
  
• 对于一般算法思维方式：我们遇到特定问题后，人工设置一套计算过程
• 对于机器学习：我们首先有一个数据集，然后在数据集中把我们想要的算法给找出来。过程为：先提一个模型，然后拿数据做训练，训练完了再验证，如果好用就去部署

3. 人工智能的发展
   

• 基于规则的系统（早期的人工智能），拿到输入，手动设计程序，再得到输出。很依赖于如何手动设计程序，即如何制定规则，需要有非常专业的背景知识，且很容易遗漏情况导致BUG，最终会导致规则越来越庞大，导致人类很难维护
• 经典的机器学习：拿到输入，手动特征提取，接入学习器，再找到特征和输出之间的映射
• 早期表示学习：拿到输入，在特别复杂的输入中，通过一些算法或学习器提取出一些特征，接入其他学习器，再找到特征和输出之间的映射。特征的学习器和模型映射学习器是分开训练的，特征的学习器的训练是无监督学习，模型映射学习器的训练是监督学习
  
• 机器学习的维度诅咒：对于数据库里的每一个字段都叫一个feature，feature越多，对数据集的样本数量就越多。通过大数定理，采样越多那么和真实数据的分布越贴近。只有一个feature，我们可以取10个样本，有两个feature，我们可以取1010个样本，有三个feature，我们可以取1010*10个样本，有N个feature，我们可以取10^N个样本。同时数据集的成本很高，特别是打了标签的数据集，而且我们有时无法获得这么多数据，那么就只能降低维数N，压缩特征，同时还要保持高维空间里的一些度量信息。降维最主要的目的是，因为学习器面对着维度诅咒。
• 深度学习：拿到输入，直接输入原始特征，设计一组额外的层用来提取特征，接入学习器，再找到特征和输出之间的映射。提取特征的层是在模型映射学习器里的，所以它们的训练过程是统一的，这是深度学习和以前的差别。
  
• 传统的机器学习策略图如上。
  
• SVM作为传统的机器学习算法有以上三个缺点：人工提取特征有很多限制，会遗漏很多。处理大数据集的效果不好。现在的数据更多的是无结构数据，SVM对此还需要先做特征提取器。

4. 神经网络
   

• 生物学上的发现：大脑处理信息是分层的，浅层视觉神经元主要检测线条的移动，高层的视觉神经元再来检测是猫还是狗。
• 通过仿生学的方法来构建一个神经元，为感知机。把很多神经元连起来就成为神经网络。

5. 反向传播
   

• 神经网络中最重要的算法是反向传播，反向传播实际上就是求偏导数，反向传播的核心是计算图。也可以用解析式来求偏导数，但因为随着网络层数的增多，解析式很难写出。同时反向传播的计算图很灵活，可以构造非常复杂的算法。
• 计算图中，每一步的计算（每一个节点）都只能是原子计算 ，且在做前馈运算时，每一步的偏导数就可以求出来了。最终的偏导数可以根据链式法则求出，如果有多条路径，那么需要把所有路径的最终偏导数相加。