Ⅰ 机器学习的基本流程是什么
1 抽象成数学问题
明确问题是进行机器学习的第一步。机器学习的训练过程通常都是一件非常耗时的事情,胡乱尝试时间成本是非常高的。
这里的抽象成数学问题,指的我们明确我们可以获得什么样的数据,目标是一个分类还是回归或者是聚类的问题,如果都不是的话,如果划归为其中的某类问题。
2 获取数据
数据决定了机器学习结果的上限,而算法只是尽可能逼近这个上限。
数据要有代表性,否则必然会过拟合。
而且对于分类问题,数据偏斜不能过于严重,不同类别的数据数量不要有数个数量级的差距。
而且还要对数据的量级有一个评估,多少个样本,多少个特征,可以估算出其对内存的消耗程度,判断训练过程中内存是否能够放得下。如果放不下就得考虑改进算法或者使用一些降维的技巧了。如果数据量实在太大,那就要考虑分布式了。
3 特征预处理与特征选择
良好的数据要能够提取出良好的特征才能真正发挥效力。
特征预处理、数据清洗是很关键的步骤,往往能够使得算法的效果和性能得到显着提高。归一化、离散化、因子化、缺失值处理、去除共线性等,数据挖掘过程中很多时间就花在它们上面。这些工作简单可复制,收益稳定可预期,是机器学习的基础必备步骤。
筛选出显着特征、摒弃非显着特征,需要机器学习工程师反复理解业务。这对很多结果有决定性的影响。特征选择好了,非常简单的算法也能得出良好、稳定的结果。这需要运用特征有效性分析的相关技术,如相关系数、卡方检验、平均互信息、条件熵、后验概率、逻辑回归权重等方法。
4 训练模型与调优
直到这一步才用到我们上面说的算法进行训练。现在很多算法都能够封装成黑盒供人使用。但是真正考验水平的是调整这些算法的(超)参数,使得结果变得更加优良。这需要我们对算法的原理有深入的理解。理解越深入,就越能发现问题的症结,提出良好的调优方案。
5 模型诊断
如何确定模型调优的方向与思路呢?这就需要对模型进行诊断的技术。
过拟合、欠拟合 判断是模型诊断中至关重要的一步。常见的方法如交叉验证,绘制学习曲线等。过拟合的基本调优思路是增加数据量,降低模型复杂度。欠拟合的基本调优思路是提高特征数量和质量,增加模型复杂度。
误差分析 也是机器学习至关重要的步骤。通过观察误差样本,全面分析误差产生误差的原因:是参数的问题还是算法选择的问题,是特征的问题还是数据本身的问题……
诊断后的模型需要进行调优,调优后的新模型需要重新进行诊断,这是一个反复迭代不断逼近的过程,需要不断地尝试, 进而达到最优状态。
6 模型融合
一般来说,模型融合后都能使得效果有一定提升。而且效果很好。
工程上,主要提升算法准确度的方法是分别在模型的前端(特征清洗和预处理,不同的采样模式)与后端(模型融合)上下功夫。因为他们比较标准可复制,效果比较稳定。而直接调参的工作不会很多,毕竟大量数据训练起来太慢了,而且效果难以保证。
7 上线运行
这一部分内容主要跟工程实现的相关性比较大。工程上是结果导向,模型在线上运行的效果直接决定模型的成败。 不单纯包括其准确程度、误差等情况,还包括其运行的速度(时间复杂度)、资源消耗程度(空间复杂度)、稳定性是否可接受。
这些工作流程主要是工程实践上总结出的一些经验。并不是每个项目都包含完整的一个流程。这里的部分只是一个指导性的说明,只有大家自己多实践,多积累项目经验,才会有自己更深刻的认识。
Ⅱ 使用SOLIDWORKS做机械设计,技术部的图纸管理网络该怎么搭建是不是要用到服务器,然后工程师
solidworks图纸管理,要实现更好的共享、协作是要用到服务器的,图纸文件存储在自己的服务器上也是比较安全,然而后通过图纸管理软件(如:彩虹图纸管理软件/系统)把图纸进行分类、编码管理,能更方便共享协作,再通过权限的分配(浏览、修改编辑、导出等),与任务管理,把任务具体分配到个人,谁负责哪一块清楚明了,实现在线协同。
Ⅲ 如何建立一个深度学习系统
Programming Libraries 编程库资源
我是一个“学习要敢于冒险和尝试”观念的倡导者。这是我学习编程的方式,我相信很多人也是这样学习程序设计的。先了解你的能力极限,然后去拓展你的能力。如果你了解如何编程,可以将编程经验很快借鉴到深入学习机器学习上。在你实现一个实际的产品系统之前,你必须遵循一些规则、学习相关数学知识。
找到一个库并且仔细阅读相关文档,根据教程,开始尝试实现一些东西。下面列出的是开源的机器学习库中最好的几种。我认为,并不是他们中的每一种都适合用在你的系统中,但是他们是你学习、探索和实验的好材料。
你可以从一个由你熟悉的语言编写的库开始学习,然后再去学习其他功能强大的库。如果你是一个优秀的程序员,你会知道怎样从一种语言,简单合理地迁移到另一种语言。语言的逻辑都是相同的,只是语法和API稍有不同。
R Project for Statistical Computing:这是一个开发环境,采用一种近似于Lisp的脚本语言。在这个库中,所有你想要的与统计相关的功能都通过R语言提供,包括一些复杂的图标。CRAN(你可以认为是机器学弟的第三方包)中的机器学习目录下的代码,是由统计技术方法和其他相关领域中的领军人物编写的。如果你想做实验,或是快速拓展知识,R语言都是必须学习的。但它可能不是你学习的第一站。
WEKA:这是一个数据挖掘工作平台,为用户提供数一系列据挖掘全过程的API、命令行和图形化用户接口。你可以准备数据、可视化、建立分类、进行回归分析、建立聚类模型,同时可以通过第三方插件执行其他算法。
Mahout是Hadoop中为机器学习提供的一个很好的JAVA框架,你可以自行学习。如果你是机器学习和大数据学习的新手,那么坚持学习WEKA,并且全心全意地学习一个库。
Scikit Learn:这是用Python编写的,基于NumPy和SciPy的机器学习库。如果你是一个Python或者Ruby语言程序员,这是适合你用的。这个库很用户接口友好,功能强大,并且配有详细的文档说明。如果你想试试别的库,你可以选择Orange。
Octave:如果你很熟悉MatLab,或者你是寻求改变的NumPy程序员,你可以考虑 Octave。这是一个数值计算环境,与MatLab像是,借助Octave你可以很方便地解决线性和非线性问题,比如机器学习算法底层涉及的问题。如果你有工程背景,那么你可以由此入手。
BigML:可能你并不想进行编程工作。你完全可以不通过代码,来使用 WEKA那样的工具。你通过使用BigMLS的服务来进行更加深入的工作。BigML通过Web页面,提供了机器学习的接口,因此你可以通过浏览器来建立模型。
补充:
NLTK NLTK is a leading platform for building Python programs to work with human language data. It provides easy-to-use interfaces to over 50 corpora and lexical resources such as WordNet, along with a suite of text processing libraries for classification, tokenization, stemming, tagging, parsing, and semantic reasoning.LingPipe: 是一个自然语言处理的Java开源工具包。LingPipe目前已有很丰富的功能,包括主题分类(Top Classification)、命名实体识别(Named Entity Recognition)、词性标注(Part-of Speech Tagging)、句题检测(Sentence Detection)、查询拼写检查(Query Spell Checking)、兴趣短语检测(Interseting Phrase Detection)、聚类(Clustering)、字符语言建模(Character Language Modeling)、医学文献下载/解析/索引(MEDLINE Download, Parsing and Indexing)、数据库文本挖掘(Database Text Mining)、中文分词(Chinese Word Segmentation)、情感分析(Sentiment Analysis)、语言辨别(Language Identification)等API。
挑选出一个平台,并且在你实际学习机器学习的时候使用它。不要纸上谈兵,要去实践!
Video Courses视频课程
很多人都是通过视频资源开始接触机器学习的。我在YouTube和VideoLectures上看了很多于机器学习相关的视频资源。这样做的问题是,你可能只是观看视频而并不实际去做。我的建议是,你在观看视频的时候,应该多记笔记,及时后来你会抛弃你的笔记。同时,我建议你将学到的东西付诸实践。
坦白讲,我没有看见特别合适初学者的视频资源。视频资源都需要你掌握一定的线性代数、概率论等知识。Andrew Ng在斯坦福的讲解可能是最适合初学者的,下面是我推荐的一些视频资源。
Stanford Machine Learning斯坦福的机器学习课程:可以在Coursera上观看,这门课是由 Andrew Ng讲解的。只要注册,你可以随时观看所有的课程视频,从Stanford CS229 course下载讲义和笔记。这门课包括了家庭作业和小测试,课程主要讲解了线性代数的知识,使用Octave库。
Caltech Learning from Data加利福尼亚理工学院的数据分析课程:你可以在edX上学习这门课程,课程是由Yaser Abu-Mostafa讲解的。所有的课程视频和资料都在加利福尼亚理工学院的网站上。与斯坦福的课程类似,你可以根据自己的情况安排学习进度,完成家庭作业和小论文。它与斯坦福的课程主题相似,关注更多的细节和数学知识。对于初学者来说,家庭作业可能稍有难度。
Machine Learning Category on VideoLectures.Net网站中的机器学习目录:这是个很容易令人眼花缭乱的资源库。你可以找出比较感兴趣的资源,并且深入学习。不要纠结于不适合你的视频,或者对于感兴趣的内容你可以做笔记。我自己会一直重复深入学习一些问题,同时发现新的话题进行学习。此外,在这个网站上你可以发现是这个领域的大师是什么样的。
“Getting In Shape For The Sport Of Data Science” – 由Jeremy Howard讲授:这是与机器学习竞赛者的对话,他们是一些实践中的R语言用户。这是非常珍贵的资源,因为很少有人会讨论研究一个问题的完整过程和究竟怎样做。我曾经幻想过在网上找到一个TV秀,记录机器学习竞赛的全过程。这就是我开始学习机器学习的经历!
Overview Papers综述论文
如果你并不习惯阅读科研论文,你会发现论文的语言非常晦涩难懂。一篇论文就像是一本教科书的片段,但是论文会介绍一个实验或者是领域中其他的前沿知识。然而,如果你准备从阅读论文开始学习机器学习的话,你还是可以找到一些很有意思的文章的。
The Discipline of Machine Learning机器学习中的规则:这是由Tom Mitchell编着的白皮书,其中定义了机器学习的规则。Mitchell在说服CMU总裁为一个百年内都存在的问题建立一个独立的机器学习部门时,也用到了这本书中的观点。
A Few Useful Things to Know about Machine Learning:这是一篇很好的论文,因为它以详细的算法为基础,又提出了一些很重要的问题,比如:选择特征的一般化,模型简化等。
我只是列出了两篇重要的论文,因为阅读论文会让你陷入困境。
Beginner Machine Learning Books给机器学习初学者的书
关于机器学习的书有很多,但是几乎没有为初学者量身定做的。什么样的人才是初学者呢?最有可能的情况是,你从另外一个完全不同的领域比如:计算机科学、程序设计或者是统计学,来到机器学习领域。那么,大部分的书籍要求你有一定的线性代数和概率论的基础。
但是,还有一些书通过讲解最少的算法来鼓励程序员学习机器学习,书中会介绍一些可以使用工具、编程函数库来让程序员尝试。其中最有代表性的书是:《Programming Collective Intelligence》,《Machine Learning for Hackers》,《Hackersand Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques》(Python版, R版, 以及Java版)。如果感到迷惑的话,你可以选择其中一本开始学习。
Programming Collective Intelligence: Building Smart Web 2.0 Applications:这本书是为程序员写的。书中简略介绍相关理论,重点以程序为例,介绍web中的实际问题和解决办法。你可以买来这本书,阅读,并且做一些练习。
Machine Learning for Hackers (中文版:机器学习:实用案例解析 ):我建议你在阅读了《Programming Collective Intelligence》一书之后,再阅读这本书。这本书中也提供了很多实践练习,但是涉及更多的数据分析,并且使用R语言。我个人很喜欢这本书!
Machine Learning: An Algorithmic Perspective:这本书是《Programming Collective Intelligence》的高级版本。它们目的相同(让程序员开始了解机器学习),但是这本书包括一些数学知识,参考样例和phython程序片段。如果你有兴趣的话,我建议你在看完《Programming Collective Intelligence》之后来阅读这本书。
数据挖掘:实用机器学习工具与技术(英文版·第3版) :我自己是从这本书开始了解机器学习的,那时是2000年这本书还是第一版。我那时是Java程序员,这本书和WEKA库为我的学习和实践提供了一个很好的环境。我通过这样的平台和一些插件,实现我的算法,并且真正开始实践机器学习和数据挖掘的过程。我强烈推荐这本书,和这样的学习过程。
Machine Learning(中文版:计算机科学丛书:机器学习 ):这是一本很老的书,包括了一些规则和很多参考资料。这是一本教科书,为每个算法提供了相关讲解。
有一些人认为那些经典的机器学习教科书很了不起。 我也赞同,那些书的确非常好。但是,我认为,对于初学者来说,这些书可能并不合适。
Further Reading 继续阅读
在写这篇文章时,我认真思考了相关问题,同时也参考了其他人推荐的资料,以确保我没有遗漏任何重要参考资料。为了确保文章的完整性,下面也列出了一些网上流行的,可以供初学者使用的材料。.
A List of Data Science and Machine Learning Resources:这是一份仔细整理的列表。你可以花一些时间,点击链接,仔细阅读作者的建议。值得一读!
What are some good resources for learning about machine learning Why:这个问题的第一个答案令人吃惊。每次我阅读这篇文章的时候,都会做好笔记,并且插入新的书签。答案中对我最有启发的部分是机器学习课程列表,以及相应的课程笔记和问答网站。
Overwhelmed by Machine Learning: is there an ML101 book:这是StackOverflow上的问题。并且提供了一系列机器学习推荐书籍。Jeff Moser提供的第一个答案是很有用的,其中有课程视频和讲座的链接。
Ⅳ 如何使用JavaScript构建机器学习模型
如何使用JavaScript构建机器学习模型
目前,机器学习领域建模的主要语言是 Python 和 R,前不久腾讯推出的机器学习框架 Angel 则支持 Java 和 Scala。本文作者 Abhishek Soni 则用行动告诉我们,开发机器学习模型,JavaScript 也可以。
JavaScript?我不是应该使用 Python 吗?甚至 Scikit-learn 在 JavaScript 上都不工作。
这是可能的,实际上,连我自己都惊讶于开发者对此忽视的态度。就 Scikit-learn 而言,Javascript 的开发者事实上已经推出了适用的库,它会在本文中有所提及。那么,让我们看看 Javascript 在机器学习上能够做什么吧。
根据人工智能先驱 Arthur Samuel 的说法,机器学习为计算机提供了无需明确编程的学习能力。换句话说,它使得计算机能够自我学习并执行正确的指令,无需人类提供全部指导。
谷歌已经把自己移动优先的策略转换到人工智能优先很久了。
为什么 JavaScript 在机器学习界未被提及过?
慢(真的假的?)
矩阵操作很困难(这里有库,比如 math.js)
仅用于 Web 开发(然而这里还有 Node.js)
机器学习库通常是在 Python 上的(还好,JS 的开发者人数也不少)
在 JavaScript 中有一些可供使用的预制库,其中包含一些机器学习算法,如线性回归、SVM、朴素贝叶斯等等,以下是其中的一部分。
brain.js(神经网络)
Synaptic(神经网络)
Natural(自然语言处理)
ConvNetJS(卷积神经网络)
mljs(一组具有多种功能的子库)
首先,我们将使用 mljs 回归库来进行一些线性回归操作。
参考代码:https://github.com/abhisheksoni27/machine-learning-with-js
1. 安装库
ml-regression 正如其名,负责机器学习的线性回归。
csvtojson 是一个用于 node.js 的快速 CSV 解析器,它允许加载 CSV 数据文件并将其转换为 JSON。
2. 初始化并加载数据
下载数据文件(.csv),并将其加入你的项目。
链接:http://www-bcf.usc.e/~gareth/ISL/Advertising.csv
如果你已经初始化了一个空的 npm 项目,打开 index.js,输入以下代码。
我把文件放在了项目的根目录下,如果你想放在其他地方,请记得更新 csvFilePath。
现在我们使用 csvtojson 的 fromFile 方法加载数据文件:
3. 打包数据,准备执行
JSON 对象被存储在 csvData 中,我们还需要输入数据点数组和输出数据点。我们通过一个填充 X 和 Y 变量的 dressData 函数来运行数据。
4. 训练模型开始预测
数据已经打包完毕,是时候训练我们的模型了。
为此,我们需要写一个 performRegression 函数:
performRegression 函数有一个方法 toString,它为浮点输出获取一个名为 precision 的参数。predictOutput 函数能让你输入数值,然后将模型的输出传到控制台。它是这样的(注意,我使用的是 Node.js 的 readline 工具):
以下是为了增加阅读用户的代码
5. 大功告成!
遵循以上步骤,你的 index.js 应该是这样:
到你的终端上运行 node index.js,得到的输出会是这样:
恭喜!你刚刚在 JavaScript 中训练了第一个线性回归模型。
Ⅳ 学习过程如何搭建知识架构
第一,感知整体
事物都处于普遍联系中。在传统教学中,往往是把知识一点一点地分割地交给学生,而在运用知识分析解决问题是就必须要用整体的系统的思维方式来解决问题。建构知识体系,有效帮助了学生在旧知与新知之间架桥,进一步运用已知学习未知。并进行知识迁移,学习与应用相结合,处理好知识间、单元间的链接,课内外的链接,实现变微观为宏观,变静态为动态,变抽象为形象,使学生头脑中的认知结构不断完善,形成连绵不断的知识链,组成纵横交错的知识交通网络,触类旁通,增强了整体感知能力。
第二,学会学习
知识树的建构,构建起了学生已有知识间的横向和纵向联系,实现对知识的宏观网络构建和灵活运用目标,达到了战略学习目标,对学生提升学习的效益,把学生从漫无边际的学习中解放出来,系统掌握学科内的核心概念、基本观点、基本理论,抓住学科的主干和关键知识,有效获取学习信息;把学生从死记硬背中解放出来,初步尝试和逐步学会分析问题和解决问题;迫使思考关键点,提取“关键词”,不易漏掉任何一个与关键点有关联的要素,能有效克服“马大哈”,也节省了记忆空间,增强了理解能力,色彩及图形的采用充分调动了学生的大脑,学生的记忆容量和记忆准确性、可靠性、持久性成倍增长;把学生的兴奋点和关注力从书本上的“死知识”引向重新建构的实际,在运用中强化学习,形成科学的思维方法和习惯。
第三,学会主动
学习中,学生已由生搬硬套地去写、背变为带着任务去写去建构去解决问题,学生主动介入知识体系的探索,实现从“被动学习”、“机械学习”、“他主学习”向自主学习、主动学习转变的探索和研究。
色彩和图形的需求不同,使他们的思绪任意驰骋,将联想扩展到极致,可以随时展开想象的翅膀,一边读书,一般思考,一边“涂鸦”。这较为有效地克服了过度包办的现象,学生的整个思维主动活跃起来。
在不同复习阶段,在不同的专题复习中,学生都可以利用建构知识树的多种方法,主动的去建构任何内容,使知识不在“自发生成”,而是主动的有效的生成。
第四,学会对话
建构知识树是一个反复性较多的作业,要多次和老师进行民主开放的无限对话,使学生更能够找准自己的问题所在,不断得到修正、完善,不断建构网络。
3.实现了教学特色的转变
通过师生的变化,也促进了教师课堂教学特色的变化。
第一,建立了民主、开放型的课堂教学特色
对话是日常生活中的普遍现象,而在我国传统的教育教学中,教育者与被教育者之间是缺乏对话的。我们经常口头上说尊重学生的观点和想法,但具体做起来大都表现为对学生的不屑一顾或单方面地把我们的设想和相关内容强加于学生。我们很难了解学生对某个知识是如何构建的。
建构知识树的课堂,将传统的以教为主的教学过程转变为以学为主的过程,为学生创立了教学情景,学生通过教师、同学的协商讨论,参与操作,发现、理解、整理知识,并内化为情感,落实到行为,成为个体不变的能力、品质和素质。课堂教学实现了由“专制”的讲、相互指责的气氛,逐渐变为民主、开放、欣赏的对话式课堂教学特色。
第二,建立以学习能力培养为主的课堂教学特色
传统的教学以向学生奉献真知,重样板的提供和重结果的传授为主;忽略了学生思维能力,尤其忽略了教会学生学会掌握知识、创造知识的方法和能力的培养。知识树的设计唤起他们对学习材料的关注,鼓励着他们发自内心的赞许与主动的参与。课程成为学习经验的建构过程,是学生与教师在不断的互动过程中建构知识意义的过程,课程越来越具有生成性与对话性。建构知识树的过程,学生主动探索、挖掘信息,将知识网络化和结构化,满足了他们对知识和能力培养的真正需要。
第三,促进了和谐的师生关系的建设
激励人,发展人,不强求千篇一律。根据学生实际,实现了教学标高的多层次性要求,不同的兴趣、思考、学习基础,同学们建构出不同的“知识树”,建设成一片片生机盎然的“知识林”。每一次知识树展示,通过大屏幕,我们都会有新的发现,新的创造,不同学习层次的学生都有不同程度的成长、成功,多元、多彩的美使我们大家惊叹不已,我们欣赏,我们积极吸收他人的优秀成果,我们形成了良好的和谐的新型师生关系,又激励着我再一次热情地出发!
Ⅵ 我是做机械行业的,机械行业怎么做网络推广比较好
机械行业怎么做网络推广比较好?万变不离其宗,机械行业在做网络推广的时候,往往很头疼,但梳理一下其实也就3个方面:
也就是说,你要想清楚自己的准客户,他们长什么样子,他们的需求是什么,他们的喜好是什么?只有搞清楚了这些,后边的工作才能更好开展,起到事半功倍的效果。
(1)网络推广渠道分类
第1类:针对准客户搜索习惯的推广渠道,以主流搜索渠道网络、神马、360、搜狗等为代表;还有部分主流流量平台的内置搜索渠道,包括今日头条、微博、微信、抖音等。
机械行业怎么做网络推广比较好?
然后在客户沉淀的平台上,制订一种玩法或者机制,提供一些福利,让老客户带来新客户,比如说直接奖励现金等等。
具体怎么玩你自己定,玩法有很多。但是有一点很重要,想让客户带客户,公司提供的机械产品/服务,一定要质量过关,这是建立口碑的基础,要让客户引荐你给新顾客的时候,没有后顾之忧才行。
【注意】网络推广的本质和线下找客户的本质一样,不管你是机械行业,还是其他传统行业,都离不开营销推广的本质:人(客户)!始终以人(客户)为中心进行思考!
Ⅶ 如何搭建机器学习平台
在机器学习和模式识别等领域中,一般需要将样本分成独立的三部分训练集(train set),验证集(validation set ) 和测试集(test set)。其中训练集用来估计模型,验证集用来确定网络结构或者控制模型复杂程度的参数,而测试集则检验最终选择最优的模型的性能如何。一个典型的划分是训练集占总样本的50%,而其它各占25%,三部分都是从样本中随机抽取。
Ⅷ 机器学习系统是用什么来建立并更新模型
通俗概括: 可以从数据中学习到的,可以实现特定功能(映射)的函数。
进一步专业性概括:模型是在指定的假设空间中,确定学习策略,通过优化算法去学习到的由输入到输出的映射。
机器学习简介
机器学习看似高深的术语,其实就在生活中,古语有云:“一叶落而知天下秋”,意思是从一片树叶的凋落,就可以知道秋天将要到来。这其中蕴含了朴素的机器学习的思想,揭示了可以通过学习对“落叶”特征的经验,预判秋天的到来。
机器学习作为人工智能领域的核心组成,是非显式的计算机程序学习数据经验以优化自身算法,以学习处理任务的过程。一个经典的机器学习的定义是: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.(一个计算机程序在处理任务T上的指标表现P可以随着学习经验E积累而提高。)
任务T即是机器学习系统如何正确处理数据样本。 指标表现P即是衡量任务正确处理的情况。 经验E可以体现在模型学习处理任务后的自身的参数值。模型参数意义即如何对各特征的有效表达以处理任务。
进一步的,机器学习的过程一般可以概括为:计算机程序基于给定的、有限的学习数据出发(常基于每条数据样本是独立同分布的假设),选择某个的模型方法(即假设要学习的模型属于某个函数的集合,也称为假设空间),通过算法更新模型的参数值(经验),以优化处理任务的指标表现,最终学习出较优的模型,并运用模型对数据进行分析与预测以完成任务。由此可见,机器学习方法有四个要素:
数据
模型
学习目标
优化算法
我们通过将机器学习方法归纳为四个要素及其相应地介绍,便于更好地理解各种算法原理的共性所在,而不是独立去理解各式各样的机器学习方法。
4.1.1 数据
数据是机器学习方法的基础的原料,它通常由一条条数据(每一行)样本组成,样本由描述其各个维度信息的特征及目标值标签(或无)组成。 如图4.2所示癌细胞分类任务的数据集:
4.1.2 模型
学习到“好”的模型是机器学习的直接目的。机器学习模型简单来说,即是学习数据特征与标签的关系或者学习数据特征内部的规律的一个函数。
机器学习模型可以看作是(如图4.3):首先选择某个的模型方法,再从数据样本(x,(y))中学习,优化模型参数w以调整各特征的有效表达,最终获得对应的决策函数f( x; w )。该函数将输入变量 x 在参数w作用下映射到输出预测Y,即Y= f(x; w)。
4.1.3 学习目标
学习到“好”的模型,“好”即是模型的学习目标。“好”对于模型也就是预测值与实际值之间的误差尽可能的低。具体衡量这种误差的函数称为代价函数 (Cost Function)或者损失函数(Loss Function),我们即通过以极大化降低损失函数为目标去学习模型。
对于不同的任务目标,往往也需要用不同损失函数衡量,经典的损失函数如:回归任务的均方误差损失函数及分类任务的交叉熵损失函数等。
均方误差损失函数
衡量模型回归预测的误差情况,我们可以简单地用所有样本的预测值减去实际值求平方后的平均值,这也就是均方误差(Mean Squared Error)损失函数。
交叉熵损失函数 衡量分类预测模型的误差情况,常用极大似然估计法推导出的交叉熵损失函数。通过极小化交叉熵损失,使得模型预测分布尽可能与实际数据经验分布一致。
4.1.4 优化算法
有了极大化降低损失函数为目标去学习“好”模型,而如何达到这目标?我们第一反应可能是直接求解损失函数最小值的解析解,获得最优的模型参数。遗憾的是,机器学习模型的损失函数通常较复杂,很难直接求最优解。幸运的是,我们可以通过优化算法(如梯度下降算法、牛顿法等)有限次迭代优化模型参数,以尽可能降低损失函数的值,得到较优的参数值(数值解)。
梯度下降算法可以直观理解成一个下山的过程,将损失函数J(w)比喻成一座山,我们的目标是到达这座山的山脚(即求解最优模型参数w使得损失函数为最小值)。
要做的无非就是“往下坡的方向走,走一步算一步”,而下坡的方向也就是J(w)负梯度的方向,在每往下走到一个位置的时候,求解当前位置的梯度,向这一步所在位置沿着最陡峭最易下山的位置再走一步。这样一步步的走下去,一直走到觉得我们已经到了山脚。
当然这样走下去,有可能我们不是走到山脚(全局最优),而是到了某一个的小山谷(局部最优),这也后面梯度下降算法的调优的地方。
Ⅸ 如何搭建一台深度学习服务器
因为主流的CNN网络实现,在反向求导和更新权值的时候将当前用不到的数据都存起来了,使用了过多的显存,所以,如果自己实现网络,把反向求导和更新同时实现,这样在一台显存只有4G的显卡上就可能跑一个需要12G显存的网络。
Ⅹ 机器学习两大系统是啥
机器学习
机器学习(Machine Learning)是研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。它是人工智能的核心,是使计算机具有智能的根本途径,其应用遍及人工智能的各个领域,它主要使用归纳、综合而不是演译。
学习能力是智能行为的一个非常重要的特征,但至今对学习的机理尚不清楚。人们曾对机器学习给出各种定义。H.A.Simon认为,学习是系统所作的适应性变化,使得系统在下一次完成同样或类似的任务时更为有效。R.s.Michalski认为,学习是构造或修改对于所经历事物的表示。从事专家系统研制的人们则认为学习是知识的获取。这些观点各有侧重,第一种观点强调学习的外部行为效果,第二种则强调学习的内部过程,而第三种主要是从知识工程的实用性角度出发的。
机器学习在人工智能的研究中具有十分重要的地位。一个不具有学习能力的智能系统难以称得上是一个真正的智能系统,但是以往的智能系统都普遍缺少学习的能力。例如,它们遇到错误时不能自我校正;不会通过经验改善自身的性能;不会自动获取和发现所需要的知识。它们的推理仅限于演绎而缺少归纳,因此至多只能够证明已存在事实、定理,而不能发现新的定理、定律和规则等。随着人工智能的深入发展,这些局限性表现得愈加突出。正是在这种情形下,机器学习逐渐成为人工智能研究的核心之一。它的应用已遍及人工智能的各个分支,如专家系统、自动推理、自然语言理解、模式识别、计算机视觉、智能机器人等领域。其中尤其典型的是专家系统中的知识获取瓶颈问题,人们一直在努力试图采用机器学习的方法加以克服。
机器学习的研究是根据生理学、认知科学等对人类学习机理的了解,建立人类学习过程的计算模型或认识模型,发展各种学习理论和学习方法,研究通用的学习算法并进行理论上的分析,建立面向任务的具有特定应用的学习系统。这些研究目标相互影响相互促进。
自从1980年在卡内基-梅隆大学召开第一届机器学术研讨会以来,机器学习的研究工作发展很快,已成为中心课题之一。
目前,机器学习领域的研究工作主要围绕以下三个方面进行:
(1)面向任务的研究 研究和分析改进一组预定任务的执行性能的学习系统。
(2)认知模型 研究人类学习过程并进行计算机模拟。
(3)理论分析 从理论上探索各种可能的学习方法和独立于应用领域的算法
机器学习是继专家系统之后人工智能应用的又一重要研究领域,也是人工智能和神经计算的核心研究课题之一。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力,至多也只有非常有限的学习能力,因而不能满足科技和生产提出的新要求。本章将首先介绍机器学习的定义、意义和简史,然后讨论机器学习的主要策略和基本结构,最后逐一研究各种机器学习的方法与技术,包括机械学习、基于解释的学习、基于事例的学习、基于概念的学习、类比学习和基于训练神经网络的学习等。对机器学习的讨论和机器学习研究的进展,必将促使人工智能和整个科学技术的进一步发展 。
一、 机器学习的定义和研究意义
学习是人类具有的一种重要智能行为,但究竟什么是学习,长期以来却众说纷纭。社会学家、逻辑学家和心理学家都各有其不同的看法。按照人工智能大师西蒙的观点,学习就是系统在不断重复的工作中对本身能力的增强或者改进,使得系统在下一次执行同样任务或类似任务时,会比现在做得更好或效率更高。西蒙对学习给出的定义本身,就说明了学习的重要作用。
机器能否象人类一样能具有学习能力呢?1959年美国的塞缪尔(Samuel)设计了一个下棋程序,这个程序具有学习能力,它可以在不断的对奕中改善自己的棋艺。4年后,这个程序战胜了设计者本人。又过了3年,这个程序战胜了美国一个保持8年之久的常胜不败的冠军。这个程序向人们展示了机器学习的能力,提出了许多令人深思的社会问题与哲学问题。
机器的能力是否能超过人的,很多持否定意见的人的一个主要论据是:机器是人造的,其性能和动作完全是由设计者规定的,因此无论如何其能力也不会超过设计者本人。这种意见对不具备学习能力的机器来说的确是对的,可是对具备学习能力的机器就值得考虑了,因为这种机器的能力在应用中不断地提高,过一段时间之后,设计者本人也不知它的能力到了何种水平。
什么叫做机器学习(machine learning)?至今,还没有统一的“机器学习”定义,而且也很难给出一个公认的和准确的定义。为了便于进行讨论和估计学科的进展,有必要对机器学习给出定义,即使这种定义是不完全的和不充分的。顾名思义, 机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科。稍为严格的提法是:机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能,并识别现有知识的学问。这里所说的“机器”,指的就是计算机;现在是电子计算机,以后还可能是中子计算机、光子计算机或神经计算机等等
二、 机器学习的发展史
机器学习是人工智能研究较为年轻的分支,它的发展过程大体上可分为4个时期。
第一阶段是在50年代中叶到60年代中叶,属于热烈时期。…>
第二阶段是在60年代中叶至70年代中叶,被称为机器学习的冷静时期。
第三阶段是从70年代中叶至80年代中叶,称为复兴时期。
机器学习的最新阶段始于1986年。
机器学习进入新阶段的重要表现在下列诸方面:
(1) 机器学习已成为新的边缘学科并在高校形成一门课程。它综合应用心理学、生物学和神经生理学以及数学、自动化和计算机科学形成机器学习理论基础。
(2) 结合各种学习方法,取长补短的多种形式的集成学习系统研究正在兴起。特别是连接学习符号学习的耦合可以更好地解决连续性信号处理中知识与技能的获取与求精问题而受到重视。
(3) 机器学习与人工智能各种基础问题的统一性观点正在形成。例如学习与问题求解结合进行、知识表达便于学习的观点产生了通用智能系统SOAR的组块学习。类比学习与问题求解结合的基于案例方法已成为经验学习的重要方向。
(4) 各种学习方法的应用范围不断扩大,一部分已形成商品。归纳学习的知识获取工具已在诊断分类型专家系统中广泛使用。连接学习在声图文识别中占优势。分析学习已用于设计综合型专家系统。遗传算法与强化学习在工程控制中有较好的应用前景。与符号系统耦合的神经网络连接学习将在企业的智能管理与智能机器人运动规划中发挥作用。
(5) 与机器学习有关的学术活动空前活跃。国际上除每年一次的机器学习研讨会外,还有计算机学习理论会议以及遗传算法会议。
三、 机器学习的主要策略
学习是一项复杂的智能活动,学习过程与推理过程是紧密相连的,按照学习中使用推理的多少,机器学习所采用的策略大体上可分为4种——机械学习、通过传授学习、类比学习和通过事例学习。学习中所用的推理越多,系统的能力越强。
四、机器学习系统的基本结构
上图表示学习系统的基本结构。环境向系统的学习部分提供某些信息,学习部分利用这些信息修改知识库,以增进系统执行部分完成任务的效能,执行部分根据知识库完成任务,同时把获得的信息反馈给学习部分。在具体的应用中,环境,知识库和执行部分决定了具体的工作内容,学习部分所需要解决的问题完全由上述3部分确定。下面我们分别叙述这3部分对设计学习系统的影响。
影响学习系统设计的最重要的因素是环境向系统提供的信息。或者更具体地说是信息的质量。知识库里存放的是指导执行部分动作的一般原则,但环境向学习系统提供的信息却是各种各样的。如果信息的质量比较高,与一般原则的差别比较小,则学习部分比较容易处理。如果向学习系统提供的是杂乱无章的指导执行具体动作的具体信息,则学习系统需要在获得足够数据之后,删除不必要的细节,进行总结推广,形成指导动作的一般原则,放入知识库,这样学习部分的任务就比较繁重,设计起来也较为困难。
因为学习系统获得的信息往往是不完全的,所以学习系统所进行的推理并不完全是可靠的,它总结出来的规则可能正确,也可能不正确。这要通过执行效果加以检验。正确的规则能使系统的效能提高,应予保留;不正确的规则应予修改或从数据库中删除。
知识库是影响学习系统设计的第二个因素。知识的表示有多种形式,比如特征向量、一阶逻辑语句、产生式规则、语义网络和框架等等。这些表示方式各有其特点,在选择表示方式时要兼顾以下4个方面:
(1)表达能力强。(2)易于推理。(3)容易修改知识库。(4)知识表示易于扩展。
对于知识库最后需要说明的一个问题是学习系统不能在全然没有任何知识的情况下凭空获取知识,每一个学习系统都要求具有某些知识理解环境提供的信息,分析比较,做出假设,检验并修改这些假设。因此,更确切地说,学习系统是对现有知识的扩展和改进。
执行部分是整个学习系统的核心,因为执行部分的动作就是学习部分力求改进的动作。同执行部分有关的问题有3个:复杂性、反馈和透明性。
五、机器学习分类
1、基于学习策略的分类
学习策略是指学习过程中系统所采用的推理策略。一个学习系统总是由学习和环境两部分组成。由环境(如书本或教师)提供信息,学习部分则实现信息转换,用能够理解的形式记忆下来,并从中获取有用的信息。在学习过程中,学生(学习部分)使用的推理越少,他对教师(环境)的依赖就越大,教师的负担也就越重。学习策略的分类标准就是根据学生实现信息转换所需的推理多少和难易程度来分类的,依从简单到复杂,从少到多的次序分为以下五种基本类型:
1)机械学习(Rote learning)
学习者无需任何推理或其它的知识转换,直接吸取环境所提供的信息。如塞缪尔的跳棋程序,纽厄尔和西蒙的LT系统。这类学习系统主要考虑的是如何索引存贮的知识并加以利用。系统的学习方法是直接通过事先编好、构造好的程序来学习,学习者不作任何工作,或者是通过直接接收既定的事实和数据进行学习,对输入信息不作任何的推理。
2)示教学习(Learning from instruction或Learning by being told)。
学生从环境(教师或其它信息源如教科书等)获取信息,把知识转换成内部可使用的表示形式,并将新的知识和原有知识有机地结合为一体。所以要求学生有一定程度的推理能力,但环境仍要做大量的工作。教师以某种形式提出和组织知识,以使学生拥有的知识可以不断地增加。这种学习方法和人类社会的学校教学方式相似,学习的任务就是建立一个系统,使它能接受教导和建议,并有效地存贮和应用学到的知识。目前,不少专家系统在建立知识库时使用这种方法去实现知识获取。示教学习的一个典型应用例是FOO程序。
3)演绎学习(Learning by dection)。
学生所用的推理形式为演译推理。推理从公理出发,经过逻辑变换推导出结论。这种推理是"保真"变换和特化(specialization)的过程,使学生在推理过程中可以获取有用的知识。这种学习方法包含宏操作(macro-operation)学习、知识编辑和组块(Chunking)技术。演绎推理的逆过程是归纳推理。
4)类比学习(Learning by analogy)。
利用二个不同领域(源域、目标域)中的知识相似性,可以通过类比,从源域的知识(包括相似的特征和其它性质)推导出目标域的相应知识,从而实现学习。类比学习系统可以使一个已有的计算机应用系统转变为适应于新的领域,来完成原先没有设计的相类似的功能。类比学习需要比上述三种学习方式更多的推理。它一般要求先从知识源(源域)中检索出可用的知识,再将其转换成新的形式,用到新的状况(目标域)中去。类比学习在人类科学技术发展史上起着重要作用,许多科学发现就是通过类比得到的。例如着名的卢瑟福类比就是通过将原子结构(目标域)同太阳系(源域)作类比,揭示了原子结构的奥秘。
5)基于解释的学习(Explanation-based learning, EBL)。
学生根据教师提供的目标概念、该概念的一个例子、领域理论及可操作准则,首先构造一个解释来说明为什该例子满足目标概念,然后将解释推广为目标概念的一个满足可操作准则的充分条件。EBL已被广泛应用于知识库求精和改善系统的性能。着名的EBL系统有迪乔恩(G.DeJong)的GENESIS, 米切尔(T.Mitchell)的LEXII和LEAP, 以及明顿(S.Minton)等的PRODIGY。
6)归纳学习(Learning from inction)。
归纳学习是由教师或环境提供某概念的一些实例或反例,让学生通过归纳推理得出该概念的一般描述。这种学习的推理工作量远多于示教学习和演绎学习,因为环境并不提供一般性概念描述(如公理)。从某种程度上说,归纳学习的推理量也比类比学习大,因为没有一个类似的概念可以作为"源概念"加以取用。归纳学习是最基本的,发展也较为成熟的学习方法,在人工智能领域中已经得到广泛的研究和应用。
2、基于所获取知识的表示形式分类
学习系统获取的知识可能有:行为规则、物理对象的描述、问题求解策略、各种分类及其它用于任务实现的知识类型。
对于学习中获取的知识,主要有以下一些表示形式:
1)代数表达式参数:学习的目标是调节一个固定函数形式的代数表达式参数或系数来达到一个理想的性能。
2)决策树:用决策树来划分物体的类属,树中每一内部节点对应一个物体属性,而每一边对应于这些属性的可选值,树的叶节点则对应于物体的每个基本分类。
3)形式文法:在识别一个特定语言的学习中,通过对该语言的一系列表达式进行归纳,形成该语言的形式文法。
4)产生式规则:产生式规则表示为条件—动作对,已被极为广泛地使用。学习系统中的学习行为主要是:生成、泛化、特化(Specialization)或合成产生式规则。
5)形式逻辑表达式:形式逻辑表达式的基本成分是命题、谓词、变量、约束变量范围的语句,及嵌入的逻辑表达式。
6)图和网络:有的系统采用图匹配和图转换方案来有效地比较和索引知识。
7)框架和模式(schema):每个框架包含一组槽,用于描述事物(概念和个体)的各个方面。
8)计算机程序和其它的过程编码:获取这种形式的知识,目的在于取得一种能实现特定过程的能力,而不是为了推断该过程的内部结构。
9)神经网络:这主要用在联接学习中。学习所获取的知识,最后归纳为一个神经网络。
10)多种表示形式的组合:有时一个学习系统中获取的知识需要综合应用上述几种知识表示形式。
根据表示的精细程度,可将知识表示形式分为两大类:泛化程度高的粗粒度符号表示、??泛化程度低的精粒度亚符号(sub-symbolic)表示。像决策树、形式文法、产生式规则、形式逻辑表达式、框架和模式等属于符号表示类;而代数表达式参数、图和网络、神经网络等则属亚符号表示类。
3、按应用领域分类
目前最主要的应用领域有: 专家系统、认知模拟、规划和问题求解、数据挖掘、网络信息服务、图象识别、故障诊断、自然语言理解、机器人和博弈等领域。
从机器学习的执行部分所反映的任务类型上看,目前大部分的应用研究领域基本上集中于以下两个范畴:分类和问题求解。
(1)分类任务要求系统依据已知的分类知识对输入的未知模式(该模式的描述)作分析,以确定输入模式的类属。相应的学习目标就是学习用于分类的准则(如分类规则)。
(2)问题求解任务要求对于给定的目标状态,??寻找一个将当前状态转换为目标状态的动作序列;机器学习在这一领域的研究工作大部分集中于通过学习来获取能提高问题求解效率的知识(如搜索控制知识,启发式知识等)。
4、综合分类
综合考虑各种学习方法出现的历史渊源、知识表示、推理策略、结果评估的相似性、研究人员交流的相对集中性以及应用领域等诸因素。将机器学习方法区分为以下六类:
1)经验性归纳学习(empirical inctive learning)。
经验性归纳学习采用一些数据密集的经验方法(如版本空间法、ID3法,定律发现方法)对例子进行归纳学习。其例子和学习结果一般都采用属性、谓词、关系等符号表示。它相当于基于学习策略分类中的归纳学习,但扣除联接学习、遗传算法、加强学习的部分。
2)分析学习(analytic??learning)。
分析学习方法是从一个或少数几个实例出发,运用领域知识进行分析。其主要特征为:
·推理策略主要是演绎,而非归纳;
·使用过去的问题求解经验(实例)指导新的问题求解,或产生能更有效地运用领域知识的搜索控制规则。
分析学习的目标是改善系统的性能,而不是新的概念描述。分析学习包括应用解释学习、演绎学习、多级结构组块以及宏操作学习等技术。
3)类比学习。
它相当于基于学习策略分类中的类比学习。目前,在这一类型的学习中比较引人注目的研究是通过与过去经历的具体事例作类比来学习,称为基于范例的学习(case_based learning),或简称范例学习。
4)遗传算法(genetic??algorithm)。
遗传算法模拟生物繁殖的突变、交换和达尔文的自然选择(在每一生态环境中适者生存)。它把问题可能的解编码为一个向量,称为个体,向量的每一个元素称为基因,并利用目标函数(相应于自然选择标准)对群体(个体的集合)中的每一个个体进行评价,根据评价值(适应度)对个体进行选择、交换、变异等遗传操作,从而得到新的群体。遗传算法适用于非常复杂和困难的环境,比如,带有大量噪声和无关数据、事物不断更新、问题目标不能明显和精确地定义,以及通过很长的执行过程才能确定当前行为的价值等。同神经网络一样,遗传算法的研究已经发展为人工智能的一个独立分支,其代表人物为霍勒德(J.H.Holland)。
5)联接学习。
典型的联接模型实现为人工神经网络,其由称为神经元的一些简单计算单元以及单元间的加权联接组成。
6)加强学习(reinforcement learning)。
加强学习的特点是通过与环境的试探性(trial and error)交互来确定和优化动作的选择,以实现所谓的序列决策任务。在这种任务中,学习机制通过选择并执行动作,导致系统状态的变化,并有可能得到某种强化信号(立即回报),从而实现与环境的交互。强化信号就是对系统行为的一种标量化的奖惩。系统学习的目标是寻找一个合适的动作选择策略,即在任一给定的状态下选择哪种动作的方法,使产生的动作序列可获得某种最优的结果(如累计立即回报最大)。
在综合分类中,经验归纳学习、遗传算法、联接学习和加强学习均属于归纳学习,其中经验归纳学习采用符号表示方式,而遗传算法、联接学习和加强学习则采用亚符号表示方式;分析学习属于演绎学习。
实际上,类比策略可看成是归纳和演绎策略的综合。因而最基本的学习策略只有归纳和演绎。
从学习内容的角度看,采用归纳策略的学习由于是对输入进行归纳,所学习的知识显然超过原有系统知识库所能蕴涵的范围,所学结果改变了系统的知识演绎闭包, 因而这种类型的学习又可称为知识级学习;而采用演绎策略的学习尽管所学的知识能提高系统的效率,但仍能被原有系统的知识库所蕴涵,即所学的知识未能改变系统的演绎闭包,因而这种类型的学习又被称为符号级学习。