《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》課件

《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》課件機(jī)器學(xué)習(xí)概述監(jiān)督學(xué)習(xí)無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐與應(yīng)用contents目錄01機(jī)器學(xué)習(xí)概述機(jī)器學(xué)習(xí)是一門(mén)研究如何通過(guò)計(jì)算的手段，利用經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善系統(tǒng)自身的性能的學(xué)科。從20世紀(jì)50年代的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接主義學(xué)習(xí)，到80年代的符號(hào)主義學(xué)習(xí)，再到90年代以后的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段。機(jī)器學(xué)習(xí)的定義與發(fā)展發(fā)展歷程定義根據(jù)已有的標(biāo)記數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，并用于預(yù)測(cè)新數(shù)據(jù)的標(biāo)記。監(jiān)督學(xué)習(xí)無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)從無(wú)標(biāo)記數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和規(guī)律，如聚類(lèi)、降維等。智能體在與環(huán)境的交互中，通過(guò)最大化累積獎(jiǎng)賞來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)行為策略。030201機(jī)器學(xué)習(xí)的主要任務(wù)圖像分類(lèi)、目標(biāo)檢測(cè)、人臉識(shí)別等。機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)視覺(jué)機(jī)器翻譯、情感分析、智能問(wèn)答等。自然語(yǔ)言處理語(yǔ)音助手、語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字等。語(yǔ)音識(shí)別個(gè)性化推薦、廣告投放等。推薦系統(tǒng)信用評(píng)分、股票預(yù)測(cè)等。金融領(lǐng)域疾病診斷、藥物研發(fā)等。醫(yī)療領(lǐng)域02監(jiān)督學(xué)習(xí)03損失函數(shù)用于度量模型預(yù)測(cè)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果之間的差距，是模型優(yōu)化的目標(biāo)。01學(xué)習(xí)過(guò)程通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集學(xué)習(xí)一個(gè)模型，再用模型對(duì)新的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析。02訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包含了輸入和對(duì)應(yīng)的輸出，即特征和目標(biāo)變量。監(jiān)督學(xué)習(xí)的基本原理常見(jiàn)的監(jiān)督學(xué)習(xí)算法支持向量機(jī)（SVM）尋找一個(gè)超平面使得兩類(lèi)數(shù)據(jù)間隔最大，適用于二分類(lèi)和多分類(lèi)問(wèn)題。邏輯回歸用于二分類(lèi)問(wèn)題，通過(guò)sigmoid函數(shù)將線性回歸的結(jié)果映射到[0,1]區(qū)間，表示概率。線性回歸通過(guò)最小化預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間的均方誤差來(lái)學(xué)習(xí)模型參數(shù)。決策樹(shù)通過(guò)樹(shù)形結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)或回歸，易于理解和解釋。隨機(jī)森林集成多個(gè)決策樹(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果，提高模型的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。信用評(píng)分根據(jù)用戶(hù)的歷史信用記錄和其他信息，預(yù)測(cè)用戶(hù)的信用評(píng)分。醫(yī)療診斷根據(jù)患者的癥狀、體征和檢查結(jié)果，輔助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷。圖像識(shí)別識(shí)別圖像中的物體、文字或場(chǎng)景，應(yīng)用于安防、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。自然語(yǔ)言處理分析文本的情感、主題或語(yǔ)義，應(yīng)用于輿情分析、智能客服等場(chǎng)景。監(jiān)督學(xué)習(xí)的應(yīng)用案例03無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)123無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)通過(guò)分析輸入數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的內(nèi)在關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)和模式，而無(wú)需預(yù)先標(biāo)注的數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和模式無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)可用于數(shù)據(jù)降維，通過(guò)提取數(shù)據(jù)的主要特征，減少數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，同時(shí)保留重要信息。數(shù)據(jù)降維無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)通過(guò)聚類(lèi)算法將數(shù)據(jù)劃分為不同的組或簇，使得同一組內(nèi)的數(shù)據(jù)相似度較高，而不同組之間的數(shù)據(jù)相似度較低。聚類(lèi)分析無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的基本原理K-均值聚類(lèi)（K-meansclustering）：將數(shù)據(jù)劃分為K個(gè)簇，每個(gè)簇由其內(nèi)部數(shù)據(jù)的均值表示。通過(guò)迭代優(yōu)化簇中心和數(shù)據(jù)點(diǎn)的歸屬，使得同一簇內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能接近，不同簇之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能遠(yuǎn)離。層次聚類(lèi)（Hierarchicalclustering）：通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行聚類(lèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相似度或距離，將數(shù)據(jù)逐步合并成更大的簇，直到滿(mǎn)足停止條件。主成分分析（PrincipalComponentAnalysis,PCA）：一種線性降維方法，通過(guò)找到數(shù)據(jù)中的主要特征向量（主成分），將數(shù)據(jù)投影到一個(gè)低維空間，同時(shí)保留數(shù)據(jù)的主要變化方向。自編碼器（Autoencoders）：一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的低維表示。自編碼器由編碼器和解碼器兩部分組成，編碼器將數(shù)據(jù)壓縮為低維表示，解碼器則嘗試從低維表示中恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法市場(chǎng)細(xì)分：在市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)中，無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)可用于將客戶(hù)劃分為不同的細(xì)分群體。通過(guò)分析客戶(hù)的購(gòu)買(mǎi)歷史、行為特征等數(shù)據(jù)，可以識(shí)別出具有相似需求和偏好的客戶(hù)群體，從而制定更精準(zhǔn)的市場(chǎng)策略。圖像壓縮：在圖像處理領(lǐng)域，無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)可用于圖像壓縮。通過(guò)訓(xùn)練自編碼器模型，可以將圖像壓縮為低維表示，同時(shí)保留圖像的主要特征和信息。這種方法可用于減少圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)某杀?。異常檢測(cè)：在網(wǎng)絡(luò)安全、金融欺詐等領(lǐng)域，無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)可用于異常檢測(cè)。通過(guò)分析正常數(shù)據(jù)的行為模式，可以建立正常行為的模型。當(dāng)新數(shù)據(jù)與正常行為模型不符時(shí)，即可視為異常行為并進(jìn)行報(bào)警或處理。推薦系統(tǒng)：在電子商務(wù)、社交媒體等領(lǐng)域，無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)可用于構(gòu)建推薦系統(tǒng)。通過(guò)分析用戶(hù)的歷史行為、興趣偏好等數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)用戶(hù)之間的相似性和關(guān)聯(lián)性?；谶@些相似性，可以向用戶(hù)推薦他們可能感興趣的產(chǎn)品或服務(wù)。無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)的應(yīng)用案例04強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體與環(huán)境交互強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的智能體通過(guò)與環(huán)境進(jìn)行交互，根據(jù)環(huán)境反饋的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰來(lái)學(xué)習(xí)如何做出決策。狀態(tài)、動(dòng)作與獎(jiǎng)勵(lì)智能體在環(huán)境中感知當(dāng)前狀態(tài)，選擇并執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，然后接收環(huán)境反饋的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰。策略與值函數(shù)策略定義了智能體在給定狀態(tài)下選擇動(dòng)作的方式，而值函數(shù)則用于評(píng)估策略的好壞，即預(yù)期的未來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)總和。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基本原理一種基于值迭代的方法，通過(guò)更新Q值表來(lái)學(xué)習(xí)最優(yōu)策略，適用于狀態(tài)和動(dòng)作空間較小的問(wèn)題。Q-學(xué)習(xí)直接對(duì)策略進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)梯度上升法更新策略參數(shù)以最大化期望獎(jiǎng)勵(lì)。策略梯度方法結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近值函數(shù)或策略，以處理高維狀態(tài)和動(dòng)作空間的問(wèn)題。深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)常見(jiàn)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法游戲AI在游戲領(lǐng)域，強(qiáng)化學(xué)習(xí)被用于訓(xùn)練游戲AI，使其能夠?qū)W習(xí)游戲策略并達(dá)到人類(lèi)甚至超越人類(lèi)的水平。機(jī)器人控制強(qiáng)化學(xué)習(xí)可用于機(jī)器人控制任務(wù)，如路徑規(guī)劃、物體抓取等，通過(guò)與環(huán)境交互學(xué)習(xí)控制策略。自然語(yǔ)言處理強(qiáng)化學(xué)習(xí)也可用于自然語(yǔ)言處理任務(wù)，如對(duì)話系統(tǒng)、文本生成等，通過(guò)與環(huán)境（用戶(hù)或其他系統(tǒng)）的交互來(lái)學(xué)習(xí)自然語(yǔ)言理解和生成能力。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的應(yīng)用案例05深度學(xué)習(xí)前向傳播輸入數(shù)據(jù)通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前向傳播過(guò)程，逐層計(jì)算得到輸出結(jié)果。反向傳播根據(jù)輸出結(jié)果與真實(shí)標(biāo)簽的誤差，通過(guò)反向傳播算法逐層調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)到數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。神經(jīng)元模型深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是神經(jīng)元模型，它模擬生物神經(jīng)元的工作原理，接收輸入信號(hào)并產(chǎn)生輸出。深度學(xué)習(xí)的基本原理卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）01適用于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)，通過(guò)卷積層、池化層等操作提取圖像特征。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）02適用于序列數(shù)據(jù)處理，如自然語(yǔ)言處理、語(yǔ)音識(shí)別等，能夠捕捉序列數(shù)據(jù)中的時(shí)序信息。Transformer模型03基于自注意力機(jī)制的深度學(xué)習(xí)模型，廣泛應(yīng)用于自然語(yǔ)言處理、圖像識(shí)別等領(lǐng)域。常見(jiàn)的深度學(xué)習(xí)模型ABCD圖像分類(lèi)通過(guò)訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分類(lèi)和識(shí)別，如人臉識(shí)別、物體檢測(cè)等。語(yǔ)音識(shí)別基于深度學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別和轉(zhuǎn)換，如語(yǔ)音助手、語(yǔ)音轉(zhuǎn)文字等。推薦系統(tǒng)結(jié)合用戶(hù)歷史行為和興趣偏好，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)構(gòu)建個(gè)性化推薦系統(tǒng)，提高用戶(hù)體驗(yàn)和滿(mǎn)意度。自然語(yǔ)言處理利用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或Transformer模型處理文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)情感分析、機(jī)器翻譯、智能問(wèn)答等應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用案例06機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐與應(yīng)用數(shù)據(jù)清洗特征提取特征轉(zhuǎn)換特征選擇數(shù)據(jù)預(yù)處理與特征工程處理缺失值、異常值和重復(fù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)特征縮放、歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化等方法，改變特征的分布和范圍，提高模型的性能。從原始數(shù)據(jù)中提取有意義的特征，如文本數(shù)據(jù)中的詞頻、圖像數(shù)據(jù)中的邊緣特征等。從提取的特征中選擇與任務(wù)相關(guān)的特征，降低模型復(fù)雜度，提高模型泛化能力。模型選擇與評(píng)估模型選擇根據(jù)任務(wù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，如分類(lèi)、回歸、聚類(lèi)等。模型評(píng)估使用準(zhǔn)確率、召回率、F1分?jǐn)?shù)等指標(biāo)評(píng)估模型的性能，同時(shí)采用交叉驗(yàn)證等方法避免過(guò)擬合。調(diào)參技巧通過(guò)網(wǎng)格搜索、隨機(jī)搜索等方法調(diào)整模型參數(shù)，找到最優(yōu)參數(shù)組合。模型融合將多個(gè)模型進(jìn)行集成學(xué)習(xí)，如投票法、bagging、boosting等，提高模型性能。超參數(shù)概念了解機(jī)器學(xué)習(xí)模型中的超參數(shù)，如學(xué)習(xí)率、正則化系數(shù)等。超參數(shù)調(diào)整通過(guò)手動(dòng)調(diào)整或自動(dòng)搜索方法找到最優(yōu)超參數(shù)組合。超參數(shù)優(yōu)化算法了解常見(jiàn)的超參數(shù)優(yōu)化算法，如網(wǎng)格搜索、隨機(jī)搜索、貝葉斯優(yōu)化等。超參數(shù)調(diào)試技巧掌握一些實(shí)用的超參數(shù)調(diào)試技巧，如早停法、學(xué)習(xí)率衰減等。超參數(shù)調(diào)整與