机器学习及其应用-应用数学系讲座
机器学习课程讲义和PPT课件(含配套实战案例)
3
聚类算法
将数据按照相似性分组，如市场细分和社交网络分析。
监督学习和无监督学习
监督学习使用带有标记的数据来训练模型，无监督学习则使用未标记的数据 进行训练。
机器学习的评估方法
准确率: 模型预测与实际结果相符的比例。 召回率: 正确识别的样本数量与所有实际样本数量的比例。 F1值: 综合考虑准确率和召回率的度量指标。 交叉验证: 利用同一数据集进行重复实验，以平均得到更可靠的模型评估结果。
分类和回归的区别
1 分类
根据输入的特征将数据分为不同的类 别，如判断邮件是否为垃圾邮件。
2 回归
根据特征预测输出的连续值，如预测 房价。
SVMБайду номын сангаас持向量机
支持向量机是一种有效的分类和回归算法，通过最大化分类间隔来找到最佳 的决策边界。
决策树和随机森林
决策树
使用树形结构表示决策过程，每个节点代表一个 特征。
随机森林
由多个决策树组成的集成学习算法，通过投票来 作出最终预测。
神经网络与深度学习
神经网络是一种基于生物神经元的模型，深度学习则是利用多层神经网络来 解决复杂的问题。
机器学习课程讲义和PPT课件 （含配套实战案例）
为初学者提供全面的机器学习知识，从基础算法到实战案例全方位掌握。课 程内容涵盖监督学习、无监督学习、神经网络等核心模块。
什么是机器学习
机器学习是一种人工智能领域的应用，通过使用统计和算法模型，让计算机 从数据中学习并改善性能。
机器学习的应用领域
自然语言处理
使用机器学习技术来处理和理解自然语言， 如聊天机器人和语音识别。
图像识别
利用机器学习算法识别和分析图像中的对 象，如人脸识别和物体检测。
数学在人工智能中的重要角色
数学在人工智能中的重要角色随着人工智能（AI）技术的飞速发展，数学在其中扮演着重要的角色。
数学不仅是AI算法的基础，同时也是推动AI领域不断突破的关键。
本文将探讨数学在人工智能中的应用以及其重要性。
一、数学在机器学习中的应用机器学习是AI领域的核心技术之一，它通过算法和模型使计算机能够“学习”和“推断”任务。
数学在机器学习中起到至关重要的作用。
1. 线性代数线性代数是机器学习的基础知识之一，它研究向量、矩阵以及它们之间的运算。
在机器学习中，矩阵运算被广泛应用于数据处理、特征提取、模型训练等方面。
例如，主成分分析（PCA）和奇异值分解（SVD）等技术都基于线性代数的原理。
2. 概率论与统计学概率论和统计学是机器学习中不可或缺的数学工具。
在机器学习中，通过对数据的统计分析，可以得到模型的参数估计值。
此外，概率论和统计学还被用于构建概率模型，如朴素贝叶斯、高斯混合模型等。
3. 微积分微积分是机器学习中的另一个重要数学分支。
机器学习中的算法往往涉及到函数的最优化问题，而微积分则提供了求解最优化问题的工具。
例如，梯度下降算法就是基于微积分的优化算法。
二、数学在深度学习中的应用深度学习是机器学习的一个分支，它通过构建深层神经网络来模拟人类大脑神经元之间的连接方式，实现对复杂数据的学习和分析。
数学在深度学习中发挥着关键的作用。
1. 矩阵计算深度学习中的神经网络通常使用矩阵表示权重和输入数据。
通过矩阵的乘法运算，可以高效地计算神经网络中的各个层之间的连接权重。
同时，矩阵计算也为大规模并行计算提供了基础。
2. 激活函数激活函数是深度学习中常用的非线性函数，它们提供了神经网络进行非线性映射的能力。
数学中的函数论和微积分为选择合适的激活函数提供了基础，并在深度学习中起到了至关重要的作用。
3. 损失函数深度学习的目标是通过最小化损失函数来优化模型的预测准确度。
数学中的回归分析和优化理论为选择适当的损失函数提供了支持。
例如，交叉熵损失函数常用于分类任务，均方差损失函数常用于回归任务。
三角函数在机器学习中的应用
三角函数在机器学习中的应用随着人工智能和机器学习的发展，数学在其中扮演着重要的角色，而三角函数则是其中的一项重要工具。
三角函数拥有丰富的性质和变换规律，使其在机器学习领域发挥着重要的作用。
本文将介绍三角函数在机器学习中的应用以及相关算法中的具体应用案例。
1. 三角函数的基本性质三角函数主要包括正弦函数、余弦函数和正切函数。
它们有着一些基本的性质，如周期性、奇偶性和可导性等。
这些性质使得三角函数在机器学习中能够表示周期性的数据、拟合复杂的函数以及优化算法。
2. 周期性数据的表示在很多实际问题中，数据具有明显的周期性特征，如股票价格、天气变化等。
三角函数可以很好地描述这种周期性变化，从而对数据进行建模和预测。
例如，可以使用正弦函数对股票价格进行拟合，从而分析其周期性波动。
3. 异常检测与滤波在机器学习中，异常检测是一个重要的任务。
三角函数的周期性性质使其可以用来检测数据中的异常点。
通过建立正弦函数模型，可以比较数据点与模型之间的差异，从而判断是否存在异常。
同样，三角函数也可以用来对数据进行滤波，去除噪声和干扰。
4. 数据插值与拟合数据插值和拟合是机器学习中常用的技术，可以通过已知的数据点来推断未知的数据点。
三角函数具有很好的插值和拟合性质，可以通过建立三角函数模型，利用已知数据点来预测未知数据点的取值。
这在图像处理、信号处理等领域得到了广泛的应用。
5. 优化算法中的应用在机器学习的优化算法中，三角函数也起到了重要的作用。
例如，梯度下降算法中的学习率调整、参数更新等过程都可以使用三角函数进行优化。
通过合理地选择三角函数的参数和变换规律，可以加快算法的收敛速度和提高优化的效果。
综上所述，三角函数在机器学习中具有广泛的应用，能够帮助我们处理周期性数据、进行异常检测与滤波、数据插值与拟合以及优化算法等任务。
合理地应用三角函数，可以提高机器学习模型的性能和效果。
在未来的研究中，我们可以进一步探索三角函数在机器学习中的优化和应用，以推动机器学习的发展。
机器学习的基础理论与应用案例
机器学习的基础理论与应用案例近些年来，机器学习（Machine Learning）这一领域被广泛关注和应用。
而这一领域的兴起主要归功于人工智能（AI）的发展以及大数据的爆发。
机器学习可以帮助我们更好地理解数据和取得正确的决策，从而应用在各个行业中。
在本文中，我们将讲述机器学习的基础理论和几个应用案例。
1. 机器学习的基础理论1.1 什么是机器学习机器学习是一种基于数据和反馈的计算机算法，它利用大量的数据来训练模型，从而能够预测未来事件的概率。
在机器学习中，数据被用来训练算法，以便算法可以从数据中学习，并自动改进自己的性能。
机器学习可以应用于自然语言处理、视觉识别等领域。
1.2 机器学习的类型机器学习有三种类型：监督学习、非监督学习和半监督学习。
监督学习是指用已有的数据和标签来训练模型，让算法自动识别一些未知事件。
非监督学习是指没有标签的数据，机器需要从数据中自己发现规律。
半监督学习则是介于监督学习和非监督学习之间，部分数据有标签，部分无标签。
1.3 机器学习的算法机器学习有许多种算法，其中常见的有朴素贝叶斯算法、决策树算法、支持向量机算法等。
这些算法在不同的领域有不同的应用，机器学习算法是根据数据结构、算法原理和算法实现等不同维度来进行分类的，根据不同特点设计出不同的算法。
2. 机器学习的应用案例2.1 航班延误预测航班延误预测是机器学习的一个经典应用案例之一。
航班延误会带来很多不便，所以人们对航班准确性有很高的要求。
天气、起飞时间等因素对航班延误有着很大的影响。
利用机器学习的预测性能很强的特点可以准确预测航班延误的概率，让旅客提前做好准备。
2.2 病理图像分析机器学习在医疗行业的应用是极其广泛的，其应用一个方面是病理图像分析。
病理图像是癌症病人的组织切片的电子显微镜图像，通过切片分析来诊断癌症。
目前的病理图像分析由于人工操作的复杂性和时间不确定性让patient等待时间较长，使用机器学习能够使切片的分析速度更加快捷，减少人工参与，为诊断提供更准确的依据。
机器学习课件ppt
逻辑回归通过将输入变量映射到概率 值来工作，然后使用阈值将概率值转 换为二进制类别。它通常用于二元分 类问题，如点击率猜测或敲诈检测。
决策树
总结词
决策树是一种监督学习算法，它通过树形结构进行决策和分 类。
详细描写
决策树通过递归地将数据集划分为更小的子集来工作，直到 到达终止条件。每个内部节点表示一个特征的测试，每个分 支表示测试的一个结果，每个叶节点表示一个类标签。
深度学习的应用场景包括图像 辨认、语音辨认、自然语言处 理和推举系统等。
强化学习
01
强化学习是机器学习的一个分支 ，通过让智能体与环境交互来学 习最优的行为策略。
02
强化学习的特点是基于环境的反 馈来不断优化行为，以到达最终
的目标。
常见的强化学习算法包括Qlearning、SARSA和Deep Qnetwork等。
计算机视觉
机器学习在计算机视觉领域的应用包 括图像分类、目标检测、人脸辨认等 。
推举系统
机器学习在推举系统中的应用是通过 分析用户行为和偏好来推举相关的内 容或产品。
语音助手
机器学习在语音助手中的应用是通过 语音辨认和自然语言处理技术来理解 用户意图并作出相应回应。
02
机器学习基础
线性回归
总结词
线性回归是一种通过拟合数据点来猜测连续值的算法。
详细描写
线性回归通过找到最佳拟合直线来猜测因变量的值，该直线基于自变量和因变 量之间的关系。它使用最小二乘法来拟合数据，并输出一个线性方程，可以用 来进行猜测。
逻辑回归
总结词
逻辑回归是一种用于分类问题的算法 ，它将连续的输入变量转换为二进制 的输出变量。
数据清洗
去除特殊值、缺失值和重复数据，确保数据质量。
数学建模在机器学习中的应用
数学建模在机器学习中的应用在过去的几十年里，机器学习技术已经得到了广泛的应用。
对于一些复杂的问题，例如自然语言处理、图像识别、智能控制等，机器学习可以帮助我们更好地解决这些问题。
而数学建模则是机器学习技术的重要基础。
本文将探讨数学建模在机器学习中的应用。
一、数学建模的基本概念数学建模是将实际问题抽象化，并且用数学语言来描述问题及其解决方法的过程。
数学建模的过程可以分为以下几个步骤：1. 定义问题：首先，我们需要对实际问题进行分析和理解，并且定义问题。
例如，我们想要使用机器学习技术来解决一个图像分类问题，那么我们需要定义这个问题的具体描述，例如影响图像分类的因素、分类的标准等。
2. 建立模型：接着，我们需要将问题抽象化，并且建立相应的数学模型。
例如，我们可以将图像进行转换，将其转为一个向量，然后再使用机器学习算法进行分类。
3. 求解模型：在建立好数学模型后，我们需要使用相应的数学工具和算法来求解问题，例如线性代数、概率论、优化算法等。
4. 验证模型：通过数据的验证和实验，我们可以验证模型的有效性和精度，并且对它进行优化。
二、机器学习本身也是一个建模的过程。
在机器学习的过程中，我们需要将实际问题转换为数学模型，并且使用相应的算法对模型进行求解。
以下是数学建模在机器学习中的一些典型应用：1. 线性回归模型线性回归模型是在对一组数据进行建模时最常使用的模型。
它是一种简单的模型，可以用于许多类型的机器学习问题。
例如，我们可以使用线性回归模型来预测某一因素对其它因素的影响，或者使用它来解决一些分类问题。
2. 决策树模型决策树模型是一种递归的模型，它通过一系列的判断来将数据分类为不同的类别。
决策树模型是一个非常灵活和强大的模型，可以用于多种类型的机器学习问题，例如图像识别和自然语言处理。
3. 支持向量机模型支持向量机（SVM）是一种非常流行的机器学习算法。
它可以用于分类、回归和异常检测等多种问题。
SVM 基于统计学理论和优化理论，它的决策边界通常是一个超平面。
浅析机器学习及其在教育中的应用
图２
在机器学习系统模型 中， 环境是指外部信息 的来源 ， 为学习提供 它 有关信息 。 学习是指系统的学习机构 ， 当于加涅信息加工模型中的短 相 时记 忆 ， 它通过对外 部环境的搜索 ， 后经过分析 、 合 、 比、 然 综 类 归纳 等 思维过程获得知识 ， 并将这些知识存 入知识库 。 知识库在加涅信息加工 模 型中与长时记忆的功能相同 ， 在存储 时需要按照一定的组织执行。 与 信息加工模型 中的反应生成器和反应器 的功 能相 同 ，用 于处理 系统面 临的现实 问题 ， 即应用学习到 的知识去求解 问题 。另外 ， 执行到学习 从 有一个反馈信息 ，学习将根据反馈信息决定是 否要从 环境 中索取 进一 步的信息进行学习 ， 以修改完善知识库 中的知识 。总之 ， 学习系统从 此 哲学 角度上看 ，从感性材料 向理性飞跃 ， 飞跃过 程中需 要实践来指 在
１学 习 的概 述 ． １ ． 习 的 定 义 １学
识别和利用现有知识ห้องสมุดไป่ตู้获取新知识和新技能。总之 ， 机器学 习是模拟人 的学 习过 程 ， 在学 习中总结经验和一般原 理 ， 再应用 到相应 的领域 中， 在应用的过程中 ， 进一步完善相应 的理论 。 其机器学习系统模 型如 下：
导。
２３机 器 学 习的 分 类 ．
机器学 习近几年发展很快 ，无论是符号学 习还 是联结 学习都派生 了许 多分支 和新 的方法 ，研究领域不断扩大 ， 则需要使用综 合分 类方 法。 综合分类方式是指在对机器学习方法 分类时 ， 综合考虑 了各种学习 方法出现 的历史渊源 、 知识表示 、 推理策 略、 结果评 价的相似性 、 研究人 员的相对集 中性 以及应用领域等诸 因素 。综合分类方 式将 机器学习方
2024版机器学习ppt课件
机器学习ppt课件contents •机器学习概述•监督学习算法•非监督学习算法•神经网络与深度学习•强化学习与迁移学习•机器学习实践案例分析目录01机器学习概述03重要事件包括决策树、神经网络、支持向量机等经典算法的提出，以及深度学习在语音、图像等领域的突破性应用。
01定义机器学习是一门研究计算机如何从数据中学习并做出预测的学科。
02发展历程从符号学习到统计学习，再到深度学习，机器学习领域经历了多次变革和发展。
定义与发展历程计算机视觉自然语言处理推荐系统金融风控机器学习应用领域用于图像识别、目标检测、人脸识别等任务。
根据用户历史行为推荐相似或感兴趣的内容。
用于文本分类、情感分析、机器翻译等任务。
用于信贷审批、反欺诈、客户分群等场景。
A BC D机器学习算法分类监督学习包括线性回归、逻辑回归、决策树、随机森林等算法，用于解决有标签数据的预测问题。
半监督学习结合监督学习和无监督学习的方法，利用部分有标签数据进行训练。
无监督学习包括聚类、降维、异常检测等算法，用于解决无标签数据的探索性问题。
强化学习通过与环境交互来学习策略，常用于游戏AI 、自动驾驶等领域。
02监督学习算法线性回归与逻辑回归线性回归一种通过最小化预测值与真实值之间的均方误差来拟合数据的算法，可用于预测连续型变量。
逻辑回归一种用于解决二分类问题的算法，通过sigmoid函数将线性回归的输出映射到[0,1]区间，表示样本属于正类的概率。
两者联系与区别线性回归用于回归问题，逻辑回归用于分类问题；逻辑回归在线性回归的基础上引入了sigmoid函数进行非线性映射。
支持向量机（SVM）SVM原理SVM是一种二分类模型，其基本模型定义为特征空间上的间隔最大的线性分类器，其学习策略是使间隔最大化，最终可转化为一个凸二次规划问题的求解。
核函数当数据在原始空间线性不可分时，可通过核函数将数据映射到更高维的特征空间，使得数据在新的特征空间下线性可分。
SVM优缺点优点包括在高维空间中有效、在特征维度高于样本数时依然有效等；缺点包括对参数和核函数的选择敏感、处理大规模数据效率低等。
2024年度-温州大学《机器学习》课程课件一
采用SVM对手写数字图 像进行训练和预测，实 现手写数字的自动识别 。
图像分类
将图像特征提取与SVM 相结合，应用于图像分 类问题中，如人脸识别 、物体识别等。
案例分析与实现
详细介绍手写数字识别 和图像分类案例的实现 过程，包括数据预处理 、特征提取、模型训练 与评估等步骤。
37
06 聚类分析与降维 技术 38
RNN应用
适用于处理序列数据，如自然语言处 理、语音识别、时间序列预测等领域 。如机器翻译、情感分析、语音合成 等任务。
17
04 决策树与随机森 林 18
决策树构建过程及剪枝策略
特征选择
通过信息增益、增益率或基尼指数等方法选择最佳划分特征。
决策树生成
根据选择的特征评估标准，递归地生成决策树。
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在损失函数中增加权重参数的L2范数作为惩罚项 ，可以使得权重参数整体偏小，降低模型的复杂 度。
弹性网正则化
同时考虑L1正则化和L2正则化，通过调整两者的 比例达到平衡。
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案例：房价预测和疾病诊断
房价预测
收集房屋的面积、房间数、建造年份等特征，利用线性回归或逻辑回归模型进 行训练，实现对房屋价格的预测。
集成学习
通过构建并结合多个学习器来完成学 习任务，常可获得比单一学习器显著 优越的泛化性能。
自助采样法
从原始数据集中有放回地随机抽取多 个样本子集，用于构建不同的决策树 。
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随机森林原理及实现
• 特征随机选择：在每个节点分裂时，从所有特征 中随机选择一部分特征作为候选特征。
23
随机森林原理及实现
01
随机森林实现
02
确定随机森林中决策树的数量。
机器学习及R应用课件第01章-绪论
Machine learning is the field of study that gives computers the ability to learn without being explicitly programmed. -- Arthur SamuelA 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. -- Tom Mitchell第1章绪论1.1 什么是机器学习“机器学习”(Machine Learning, 简记ML)就是让计算机具备从大量数据中学习的能力之一系列方法。
1机器学习使用很多统计方法，统计学家也称之为“统计学习”(Statistical Learning)，但本质上起源于计算机科学的“人工智能”(Artificial Intelligence，简记AI)领域。
所谓“人工智能”，就是让计算机具备像人类一样的各种智能，比如听说读写与识别图像的能力。
例如，人类可轻松识别垃圾邮件，计算机是否也具备这样的能力？(1) 硬编码 vs. 学习机器学习的一个早期成功案例是“过滤垃圾邮件”(spam filtering)。
随着电子邮件的兴起，垃圾邮件也越来越多。
如何自动过滤“垃圾邮件”(spam)，而不错杀“正常邮件”(email或ham)？2传统方法将人类关于垃圾邮件的知识直接告诉计算机，将这些规则进行计算机编程，称为“硬编码”(hard coding)；但效果不好。
一个突破性的想法是引入“学习”(Learning），即无须人类告诉计算机何为垃圾邮件，而由计算机通过学习大量的数据自行判断垃圾邮件。
机器学习及其应用
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•
For all combinations of 2 indicators, we use the above rule to calculate the purity density of target in R, then choose the two predictors which has the highest density for the current node. Keep above procedure on going with the selected data B+T till stop.
如何用机器学习方法来从无确定性基本规律的 现象中做科学的归纳和演绎？
基于脉博信号的中医诊断数据模型
• 对大量不同人群用脉诊仪对脉搏信号取样，数字化后输入 计算机 • 用计算机从脉搏信号中提取属性，包括脉数（脉搏跳动次 数）及左右手寸关尺六部的脉位、脉力、各谐波的能量和 相位等等，共193个参数 • 用我们开发的实现PPT算法的软件平台，从这些参数中提 取有用信息来判断是否是正常人？高血压？肝硬化？妊娠 ？等等。软件随机选取80%的样本建模，20%用于测试。
B+T B
Feature Selection From p(p-1)/2 combinations choose the one with highest purity density B B Root B+T B+T
T
PPT的自变量选择
• We use 54(1+d) technical indicators, including MACD, MAd, RSI and RSV with different parameters, as the predictors for peaks or troughs, here d is the delay time unit (day). • For each k(=2) combination of these predictors, find the tight region rounding up all targets by its PCA transform. • Exhaustive search for all combinations to get the best predictor combination with highest purity percentage for targets inside the region.
数学的发展趋势探索数学的未来发展方向
数学的发展趋势探索数学的未来发展方向数学作为一门基础学科，其在现代科学与技术发展中扮演着至关重要的角色。
随着社会的不断发展和进步，数学领域也在不断发展和创新，呈现出多样化的趋势。
本文将探讨数学的未来发展方向，并解析它们的影响和意义。
一、机器学习与人工智能在数学中的应用随着机器学习与人工智能的快速发展，它们在数学中的应用日益重要。
数学与机器学习相辅相成，数学提供了机器学习所需的理论基础和算法方法，而机器学习则通过处理大数据和实现智能化的算法来推动数学的发展。
机器学习与人工智能在数学中的应用包括数据挖掘、图像识别、自然语言处理等领域，它们的兴起将进一步推动数学的创新和发展。
二、非线性动力系统与混沌理论的发展非线性动力系统和混沌理论是数学中的重要研究方向之一。
它们研究的对象是那些不能用简单的线性关系来描述的系统，这些系统存在着复杂的行为和混沌现象。
非线性动力系统和混沌理论在自然科学和社会科学中有着广泛的应用，例如气象学、经济学和生物学等领域。
在未来，随着技术的进步和应用需求的增长，非线性动力系统和混沌理论将继续得到深入研究和应用，为数学领域的发展带来新的突破。
三、量子计算与量子信息的兴起量子计算和量子信息是计算机科学和数学中的前沿领域，它们利用量子力学的原理来进行计算和信息处理。
与经典计算相比，量子计算具有更高的运算速度和更大的数据处理能力。
在未来，量子计算和量子信息的发展将推动数学的前沿领域进一步扩展，例如量子算法的发展和量子密码学的研究等。
四、几何与拓扑的发展及其应用几何和拓扑是数学中的经典学科，它们研究的是空间和形状的性质及其变换关系。
几何和拓扑在物理学、工程学、计算机图形学等领域有着广泛的应用。
近年来，随着数据科学和网络科学的兴起，几何和拓扑在这些领域中发挥了重要的作用。
未来数学的发展趋势将更加注重几何和拓扑的研究，探索它们在不同学科中的潜在应用。
总结起来，数学的未来发展方向包括机器学习与人工智能的应用、非线性动力系统与混沌理论的发展、量子计算与量子信息的兴起以及几何与拓扑的发展及其应用等。
2024《机器学习》ppt课件完整版
《机器学习》ppt课件完整版•引言•机器学习基础知识•监督学习算法目录•无监督学习算法•深度学习基础•强化学习与迁移学习•机器学习实践与应用引言机器学习的定义与目标定义目标机器学习的目标是让计算机系统能够自动地学习和改进，而无需进行明确的编程。
这包括识别模式、预测趋势以及做出决策等任务。
早期符号学习01统计学习阶段02深度学习崛起0301020304计算机视觉自然语言处理推荐系统金融风控机器学习基础知识包括结构化数据（如表格数据）和非结构化数据（如文本、图像、音频等）。
数据类型特征工程特征选择方法特征提取技术包括特征选择、特征提取和特征构造等，旨在从原始数据中提取出有意义的信息，提高模型的性能。
包括过滤式、包装式和嵌入式等，用于选择对模型训练最有帮助的特征。
如主成分分析（PCA ）、线性判别分析（LDA ）等，用于降低数据维度，减少计算复杂度。
数据类型与特征工程损失函数与优化算法损失函数优化算法梯度下降变种学习率调整策略模型评估与选择评估指标评估方法模型选择超参数调优过拟合模型在训练集上表现很好，但在测试集上表现较差，泛化能力不足。
欠拟合模型在训练集和测试集上表现都不佳，未能充分学习数据特征。
防止过拟合的方法包括增加数据量、使用正则化项、降低模型复杂度等。
解决欠拟合的方法包括增加特征数量、使用更复杂的模型、调整超参数等。
机器学习中的过拟合与欠拟合监督学习算法线性回归与逻辑回归线性回归逻辑回归正则化二分类问题核技巧软间隔与正则化030201支持向量机（SVM ）决策树与随机森林剪枝决策树特征重要性随机森林一种集成学习方法，通过构建多棵决策树并结合它们的输出来提高模型的泛化性能。
Bagging通过自助采样法（bootstrap sampling）生成多个数据集，然后对每个数据集训练一个基学习器，最后将所有基学习器的输出结合起来。
Boosting一种迭代式的集成学习方法，每一轮训练都更加关注前一轮被错误分类的样本，通过加权调整样本权重来训练新的基学习器。
张量分析及其在机器学习中的应用
张量分析及其在机器学习中的应用引言：机器学习作为人工智能领域的重要分支，已经在各个领域展现出巨大的潜力和应用价值。
而张量分析作为一种数学工具，被广泛应用于机器学习中，为模式识别、数据分析和深度学习等任务提供了强大的支持。
本文将介绍张量分析的基本概念和原理，并探讨其在机器学习中的应用。
一、张量分析的基本概念1. 张量的定义张量是一种多维数组，可以用来表示多个变量之间的关系。
在数学中，张量可以是任意维度的矩阵，它的元素可以是实数、复数或其他数学对象。
在机器学习中，我们通常使用高阶张量来表示多个特征之间的关联。
2. 张量的运算张量具有一系列的运算规则，包括加法、乘法、转置等。
通过这些运算，我们可以对张量进行各种操作，从而得到我们需要的结果。
在机器学习中，我们常常使用张量来表示输入数据和模型参数，并通过张量运算来进行模型的训练和预测。
3. 张量的性质张量具有一些特殊的性质，如对称性、正定性、奇异性等。
这些性质为我们理解和分析数据提供了便利。
在机器学习中，我们可以利用张量的性质来进行特征选择、数据降维等操作，从而提高模型的性能。
二、张量分析在机器学习中的应用1. 张量分解张量分解是将一个高阶张量分解为多个低阶张量的过程。
通过张量分解，我们可以提取出数据中的关键特征，并减少数据的维度。
这对于大规模数据的处理和模型的训练非常重要。
在机器学习中，张量分解被广泛应用于图像处理、推荐系统等任务中。
2. 张量网络张量网络是一种基于张量分析的模型结构，它可以有效地处理高维数据，并提取出数据中的重要特征。
张量网络具有较强的非线性建模能力，可以用于解决复杂的模式识别和数据分析问题。
在机器学习中，张量网络被广泛应用于图像识别、语音识别等领域。
3. 张量回归张量回归是一种基于张量分析的回归模型，它可以处理多个输入变量和多个输出变量之间的关系。
张量回归具有较强的建模能力，可以用于解决多变量回归和多任务学习等问题。
在机器学习中，张量回归被广泛应用于金融预测、医学诊断等任务中。
数学教学讲座优质公开课ppt课件(精)
案例分析
通过具体案例的分析，展示了如 何将数学知识应用到实际问题中 ，培养学生的数学应用能力和问
题解决能力。
对未来数学教育的展望
个性化教育
未来的数学教育将更加注重个性化，根据学生的不同需求和特点，量 身定制教学计划和方案。
跨学科融合
数学将与其他学科进行更紧密的融合，如计算机科学、物理学、经济 学等，共同推动学生的全面发展。
几何与三角学基础
了解点、线、面等几何元素及 其性质，掌握三角形、四边形 等平面图形的性质与判定，理 解三角函数的基本概念与性质 。
数论基础
了解整除、同余等基本概念， 掌握质数、合数、最大公约数 、最小公倍数等数论基础知识 。
数学分支领域
01
02
Hale Waihona Puke 0304代数学研究代数结构及其性质，包括 群、环、域等抽象代数结构， 以及线性代数、多项式代数等 具体内容。
分析学
研究函数的性质及其变化规律 ，包括微积分、实分析、复分 析、泛函分析等分支。
几何学
研究空间形式及其性质，包括 欧几里得几何、非欧几何、拓 扑学等分支。
概率论与数理统计
研究随机现象及其规律，包括 概率论基础、随机过程、数理 统计等内容。
数学思维与方法
归纳与演绎
通过归纳推理发现数学规律，通过演绎推理证明 数学定理。
利用现代信息技术手段，如多媒体、网络 等，丰富教学资源，提高教学效果，培养 学生的信息素养和自主学习能力。
04
优质公开课案例分析
案例一：启发式教学法应用
启发式教学法简介
启发式教学法是一种以学生为主体，教师为引导的教学方法，通过激发学生的思维活动， 引导学生主动发现问题、解决问题。
机器学习基础及应用场景
机器学习基础及应用场景机器学习基础及应用场景随着人工智能技术的发展和普及，机器学习成为越来越受关注的领域。
本文将首先介绍机器学习的基础知识，然后讨论机器学习的应用场景。
一、机器学习基础知识机器学习是人工智能领域中的一个重要分支，它基于数据，自动构建模型来解决问题，并通过模型来预测新的数据。
传统编程需要人类思考出解决方案，并将其编译成计算机可执行的代码，而机器学习通过自己学习，生成模型来解决问题，这种方式更加智能化和高效。
机器学习主要分为三种类型：监督学习、无监督学习和强化学习。
监督学习是指通过有标记的训练集来训练模型，以便将之应用于新的数据集上。
在监督学习中，我们需要输入一个带有标签的数据集，字面意思就是数据集是有标记的，它有一些特征，这些特征代表了我们要对这个数据进行分类、预测或识别等等，比如一个电子邮件是正常邮件还是垃圾邮件。
监督学习可以用于分类、回归等任务。
例如，我们可以使用监督学习来预测房价，预测股票价格等等。
无监督学习是指在没有标签的数据集上进行学习。
这些数据既没有分类也没有标签，学习自己去发掘数据集中蕴藏的规律和信息。
无监督学习可以分为聚类、降维等任务。
例如，我们可以使用无监督学习来寻找相似的文章或者网页等等。
强化学习是一种学习机制，它通过一定的策略来决策，以达成最大化的结果。
与无监督学习和监督学习不同，强化学习需要在环境中进行学习。
例如，我们可以使用强化学习来训练一个机器人，让它自主行动和决策。
二、机器学习的应用场景机器学习有着广泛的应用，本节将讨论机器学习在各个领域的应用场景。
1.自然语言处理自然语言处理（NLP）是机器学习领域的一个重要应用，机器学习在NLP中被广泛应用。
由于自然语言处理需要处理大量的语言数据，因此使用传统的基于规则的技术处理这个问题是十分困难的。
机器学习通过使用神经网络等技术来处理自然语言处理问题，如词性标注、分词等任务。
2.医疗保健机器学习在医疗保健中的应用是个极具前景的领域。
机器学习ch01PPT课件
连接主义学习
神经网络
统计学习
支持向量机及核方法
发展历程
推理期
知识期
学习期
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符号主义学习：决策树ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基于逻辑的学习
连接主义学习：基于神经网络
统计学习：支持向量机和核方法 连接主义学习：深度学习
大纲
大纲
引言 基本术语 假设空间
归纳偏好
发展历程 应用现状 阅读材料
归纳偏好
好瓜
坏瓜 坏瓜
选取哪个假设作为学习模型？
归纳偏好
学习过程中对某种类型假设的偏好称作归纳偏好
A or B?？
归纳偏好
归纳偏好可看作学习算法自身在一个可能很庞大的假 设空间中对假设进行选择的启发式或“价值观”.
《机器学习:一种人工智能途径》 [Michalski et al., 1983]汇 集了20位学者撰写16篇文章，是机器学习早期最重要的文献. [Dietterich, 1997] 对机器学习领域的发展进行了评述和展望。
引言 基本术语 假设空间 归纳偏好 发展历程
应用现状
阅读材料
应用现状
计算机领域最活跃的研究分支之一：
NASA_JPL科学家在Science撰文指出机器学习对科学研究起到越来越大 的支撑作用
DARPA启动PAL计划，将机器学习的重要性提高到国家安全的高度来考 虑
2006年卡耐基梅隆大学宣告成立第一个“机器学习系”，机器学习奠 基人之一T.Mitchell教授任系主任。
2006年卡耐基梅隆大学宣告成立第一个“机器学习系”，机器学习奠 基人之一T.Mitchell教授任系主任。
机器学习讲课文档
第六页，共70页。
பைடு நூலகம்
6
77..11.3机机器器学学习习的系基统本概念
1. 机器学习系统的定义 学习系统：能够在一定程度上实现机器学习的系统。
萨利斯(Saris)的定义（1973年）：能够从某个过程或环 境的未知特征中学到有关信息，并且能把学到的信息用 于未来的估计、分类、决策或控制，以便改进系统的性 能。
§ 当 n 足够大时，可得出：“ A中所有事物都有属性 P” 。
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26
7.4.1 归纳推理
1. 枚举归纳
例如，设有如下已知事例：
张三是足球运动员，他的体格健壮。 李四是足球运动员，他的体格健壮。
……
……
刘六是足球运动员，他的体格健壮。
事例足够多时，可归纳出一般性知识：
凡是足球运动员，他的体格一定健壮。 (0.9)
7.1.3 机器学习系统
3. 机器学习系统的基本模型
环境
学习
知识库
执行与评价
学习系统的基本结构
第九页，共70页。
9
7.1.4 机器学习的发展
1. 神经元模型的研究（20世纪50年代中期）
主要研究工作：应用决策理论的方法研制可适应环境的通用 学习系统（general purpose learning system）。
同 花 （ c1,c2,c3,c4）
§可得到一条一般性的知识：
规则1：花 色 （ c 1 ， x ） 花 色 （ c 2 ， x ） 花 色 （ c 3 ， x ） 花 色 （ c 4 ， x ）
同 花 （ c 1 ,c 2 ,c 3 ,c 4 ）
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7.4.2 示例学习
线性代数应用及其在机器学习中的重要性
线性代数应用及其在机器学习中的重要性线性代数是数学的一个分支，通过研究线性方程组以及线性变换，可以深入探究许多自然现象和现实问题。
同时，在计算机科学中，线性代数的重要性也不容忽视。
本文将重点探讨线性代数在机器学习中的应用及其重要性。
一、线性代数基础知识在探讨线性代数在机器学习中的应用前，首先需要了解一些线性代数的基础知识。
例如，矩阵和向量的定义及其运算，行列式和逆矩阵的求解，特征值和特征向量的计算，奇异值分解等等。
这些基础知识对于后续的机器学习算法的理解和实现都至关重要。
二、线性回归线性回归是机器学习中的一种简单的算法，用于估计一个或多个自变量和因变量之间的关系。
在线性回归中，假设自变量和因变量之间的关系是线性的，即可以通过一条直线对数据进行拟合。
对于一个自变量和一个因变量的情况，线性回归可以表示为：y = ax + b其中，y 为因变量，x 为自变量，a 为斜率，b 为截距。
在多元线性回归中，有多个自变量和一个因变量，可以表示为：y = a1*x1 + a2*x2 + ... + an*xn + b其中，x1, x2, ..., xn 为自变量，a1, a2, ..., an 为自变量的系数，b 为截距。
通过线性代数中的矩阵运算，可以方便地进行多元线性回归的计算。
三、主成分分析主成分分析是一种常用的数据分析方法，用于降低维度并提取数据的特征。
在主成分分析中，通过线性变换将高维数据映射到低维空间。
在这个低维空间中，数据的方差最大化，从而保留了数据最为重要和具有代表性的信息。
主成分分析在图像处理、信号处理、生物信息学等领域中得到广泛应用。
四、矩阵分解在机器学习中，矩阵分解也是一种非常常见的算法。
矩阵分解可以将一个矩阵分解成多个子矩阵的乘积的形式，这些子矩阵的乘积将会近似等于原矩阵。
矩阵分解在推荐系统和自然语言处理等领域中得到广泛应用。
五、总结综上所述，线性代数在机器学习中扮演着非常重要的角色。
不仅仅是在机器学习算法的实现中能够发挥重要作用，而且在许多与机器学习相关的研究领域中也得到了充分的应用。
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What：什么是机器学习？ Why：为什么需要机器学习？ How：机器如何学习？ 机器学习的未来 如果你学会机器学习
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What：什么是机器学习？
• 机器学习是近20多年兴起的一门多领域交叉学科，涉及概 率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门 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，机器学习与统 计推断学联系尤为密切，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。 • 机器学习已经有了十分广泛的应用，例如：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、战略游戏和机器人运用。
Andrew Ng
Why is this hard?
You see this:
But the camera sees this:
30 23
Andrew Ng
Machine learning and feature representations
pixel 1
Learning algorithm
Input
pixel 2
Raw image
Motorbikes “Non”-Motorbikes
pixel 2
pixel 1
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Andrew Ng
Machine learning and feature representations
pixel 1
Learning algorithm
Input
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Motorbikes “Non”-Motorbikes
pixel 2
pixel 1
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Andrew Ng
eel
Feature representation
E.g., Does it have Handlebars? Wheels?
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机器学习的发展历史(1)
• 1950s：神经科学的理论基础
–James关于神经元是相互连接的发现 –McCullon & Pitts的神经元模型 –Hebb 学习律（相互连接强弱度的变换规则） 1960s：感知器（Perceptron）时代 –1957年Rosenblatt首次提出
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机器学习的发展历史(2)
我的离散数学考试题
• 1、哪个悖论是罗素提出的？（ ） A、理发师悖论 B、说谎者悖论 C、芝诺悖论 D、言尽悖 • 5、相比之下，与计算机科学发展史最不相关的是（ A、图灵 B、莱布尼兹 C、哈密顿 D、哥德尔 ）
• 6、许多计算机科学的先驱者既是数学家，也是计算机科学 家，但下列哪个选项例外？（ ） A、冯.诺依曼 B、图灵 C、 罗素 D、高德纳 • 10、离散数学能够培养学生严密的抽象思维和严格的逻辑推 理能力，离散数学研究离散量的结构和相互关系，充分描述 了计算机科学离散性的特点。离散数学的英语表示是（ ） A、Fuzzy Mathematics B、Discrete Mathematics C、Computing Mathematics D、Continuous Mathematics • 15、离散数学与下列哪个研究方向最无关（ ） 3 A、人工智能 B、机器学习 C、模式识别 D、函数论
• 6、许多计算机科学的先驱者既是数学家，也是计算机科学 家，但下列哪个选项例外？（ ） A、冯.诺依曼 B、图灵 C、 罗素 D、高德纳 • 10、离散数学能够培养学生严密的抽象思维和严格的逻辑推 理能力，离散数学研究离散量的结构和相互关系，充分描述 了计算机科学离散性的特点。离散数学的英语表示是（ ） A、Fuzzy Mathematics B、Discrete Mathematics C、Computing Mathematics D、Continuous Mathematics • 15、离散数学与下列哪个研究方向最无关（ ） A、人工智能 B、机器学习 C、模式识别 D、函数论 2
7
冯·诺伊曼
• 二进制 • 101页报告 EDVAC报告书 • 冯·诺伊曼结构
8
• Can Machines Think? • 图灵测试 • 图灵机
9
• 图灵在1950年发表的一篇催生现代智能机器研究 的著名论文中称，“我们只能看到眼前的一小段 距离……但是，我们可以看到仍有许多工作要 做”。 • 邱奇-图灵论题暗示，一台仅能处理0和1这样简单 二元符号的机械设备能够模拟任意数学推理过程。 这里最关键的灵感是图灵机：这一看似简单的理 论构造抓住了抽象符号处理的本质。这一创造激 发科学家们探讨让机器思考的可能。
如何检测？
•历史数据：以往的正常
访问模式及其表现、以往 的入侵模式及其表现……
•对当前访问模式分类
这是一个典型的机器学习问题
常用技术： 神经网络 支持向量机 k近邻 …… …… 23
23
决策树 贝叶斯分类器 序列分析 聚类
例2:生物信息学
常用技术： 神经网络 贝叶斯分类器 决策树 序列分析 聚类 …… …… 支持向量机 k近邻 隐马尔可夫模型
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机器学习的发展历史(3)
• 1990s：统计学习理论的发展及完善
–典型代表：SVM （Vapnik，Bell实验室） –结构风险最小化 –最小描述长度原则 –小样本问题 –核函数、核空间变化 –PAC理论下的弱可学习理论的建立 –支持向量机 –…
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机器学习的发展历史(4)
• 2000s：各种机器学习理论及算法得以充分发展
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Why：为什么需要机器学习？
21
机器学习的重要性
美国航空航天局JPL实验室的科学家在《Science》（2001 年9月）上撰文指出：机器学习对科学研究的整个过程正起 到越来越大的支持作用，……，该领域在今后的若干年内 将取得稳定而快速的发展
22
22
例1:网络安全 入侵检测：
是否是入侵？是何种入侵？
流形学习 Manifold Learning
半监督学习
Semi-supervised learning
关系学习 Relational learning 19
19
近年机器学习的发展趋势
问题驱动的机器学习研究(应用类型)
一个对象同时有多个描述，不知道哪个 描述是决定对象性质(例如类别)，“对 象:描述:类别”之间呈现1:N:1关系。例 如，基因功能分析。 假设用户的需求不能简单地表示为“喜 欢”或“不喜欢”，而需要将“喜欢” 表示为一个顺序，如何学习获得这个“ 喜欢”顺序的模型。例如，信息检索。 模型重要，不满足模型的个例更为重要 ，例外相对特定模型存在。例如，科学 与情报数据分析。
机器学习及其应用 ——从离散数学谈起
Machine Learning and Its Applications ——To Begin with Discrete Mathematics 李 军 应用数学系 2013.10.30
1
我的离散数学考试题
• 1、哪个悖论是罗素提出的？（ ） A、理发师悖论 B、说谎者悖论 C、芝诺悖论 D、言尽悖 • 5、相比之下，与计算机科学发展史最不相关的是（ A、图灵 B、莱布尼兹 C、哈密顿 D、哥德尔 ）
应用驱动的机器学习研
统计机器学习 集成机器学习 符号机器学习 增强机器学习
流形机器学习 半监督机器学习 多实例机器学习 Ranking机器学 数据流机器学习
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18
近年机器学习的发展趋势
问题驱动的机器学习研究(基础类型)
很多问题的表示方法，使得信息十分 稀疏，且具有强的非线性特性，将信 息稠密化、可视化是重要任务。例如 ，图像、文本等处理。 观测数据不能决定其类别标号，需要 根据已知类别标号的样本与领域知识 来推测。例如，医学影像，质谱蛋白 质结构分析。 数据存储在关系数据库中，它们不能 表示为属性-值表形式。只能使用一阶 谓词来描述，例如，金融数据分析。
What do we want computers to do with our data?
Images/video
Label: “Motorcycle” Suggest tags Image search …
Audio
Speech recognition Speaker identification Music classification …
• 算盘 • 帕斯卡加法机
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巴贝奇
• 差分机 • 分析机
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莱布尼兹
• • • • 二进制 乘法机 猜测人类的思想可以简化为机械计算 形式推理
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数理逻辑——离散数学第一部分
• 20世纪，数理逻辑研究上的突破使得人工 智能好像呼之欲出。 • 布尔 《思维的定律》 • 弗雷格 《概念文字》 • 罗素、怀特海 《数学原理》中对数学的基 础给出了形式化描述。 • 希尔伯特 “能否将所有数学推理形式化?” • 哥德尔不完备定理 图灵机 丘奇 λ演算
• 1969年：《Perceptron》出版，提出著名 的XOR问题 • 1970s：符号主义，逻辑推理 • 1980s：MLP+BP算法成功解决XOR问 题，从此进入神经网络时代（连接主义） • 1960s-1970s: 统计学习理论创立
–VC维的基本概念 –结构风险最小化原则 –概率空间的大数定律
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例3:计算语言学
常用技术： 神经网络 贝叶斯分类器 隐马尔可夫模型 决策树
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序列分析 聚类 …… ……
例4:搜索引擎
Google的成功，使得Internet 搜索引擎成为一个新兴的产业 不仅有众多专营搜索引擎的头也开始投入巨资进行研发