机器学习导论
机器学习导论 第1章 机器学习概述
第1章 机器学习概述
1.1 机器学习的概念与基本术语 1.2 人工智能、机器学习、深度学习三者之间的关系 1.3 机器学习的三个基本要素 1.4 机器学习模型的分类 1.5 数据预处理 1.6 模型选择与评估
1.5 数据预处理
数据清洗(Data Cleaning)
缺失数据的处理 离群点数据的处理 冗余、重复数据的处理
1.6 模型选择与评估
数据清洗(Data Cleaning)
缺失数据的处理 离群点数据的处理 冗余、重复数据的处理
数据类型转换 构建新的变量——哑变量(Dummy Variable) 特征数据的归一化
线性归一化或最小-最大归一化(Min-Max Normalization ) 零均值归一化(Z-score Normalization)
1.6 模型选择与评估
1.6.1 数据集的划分
训练集(Training Set) 测试集(Test Set) 验证集(Validation Set)
1.6 模型选择与评估
1.6.2 模型选择与交叉验证法
简单交叉验证 K-折交叉验证 留一交叉验证 留K交叉验证
1.6 模型选择与评估
1.6.2 模型选择与交叉验证法
图1-6 10-折交叉验证示意图
1.6 模型选择与评估
1.6.3 模型的性能度量
分类模型的评价指标
混淆矩阵(Confusion Matrix) 分类准确率(Accuracy) 错误率(Error Rate) 查准率(Precision) 查全率(Recall) P-R曲线 F1-值(F1-Score) 受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线 ROC 曲线下面积(Area Under the ROC Curve,AUC)
机器学习导论IntroductiontoMachineLearning
聚类(Clustering)
• 聚类是密度估计的一种方法,其目标是发 现输入数据的簇或者分组。
– 公司的客户数据 – 了解客户的分布 – 分组指导公司的决策
生物信息学(Bioinformatics)的应用
• 生物方面
– 基因, DNA是碱基A C G T 的序列,RNA有DNA转录而 来,蛋白质由RNA转录而来。 – DNA是碱基序列,蛋白质是氨基酸序列。
什么是机器学习?
• 机器学习?
– 从历史数据中,发现某些模式或规律(描述) – 利用发现的模式和规律进行预测
• 机器学习的定义
– 基于历史经验的,描述和预测的理论、方法和算法。
• 机器学习可行性的保证
– 将来,至少是不远的将来,情况不会与收集的样本数 据时有很大的不同,因此未来的预测也将有望是正确 的。
• 应用举例
机器学习能做什么?
• 机器学习也是人工智能的组成部分。 • 授予鱼不如授予渔
– 为了智能化,处于变化环境中的系统不需具备 学习能力。如果系统能够学习并且适应这些变 化,那么系统设计者就不必预见所有情况,并 为它们提供解决方案了。
机器学习能做什么?
• 机器学习还可以解决视觉、语音识别以及机器人 方面的许多问题。 • 模式识别
• 我们已经掌握的,就是历史的数据(经 验)。 • 我们期望从数据中提取出这些问题或相似 问题的答案。
Байду номын сангаас
什么是机器学习?
• 已经观测到的数据产生是随机的么?其中 是否隐含一些规律?
– 当你去超市买面包的时候,你是不是同时也会 买点牛奶? – 夏天的时候你是不是经常买雪糕?冬天则很少?
• 数据中存在一些确定的模式或规律!
回归(Regression)
机器学习教案
机器学习教案一、教案概述机器学习是近年来兴起的一门重要学科,它探索如何使计算机系统能够从数据中学习并自动改进性能。
本教案旨在引导学生系统地学习机器学习的基本概念、算法和应用,并培养学生的创新思维和问题解决能力。
二、教学目标1. 理解机器学习的基本概念和原理;2. 掌握机器学习中常用的算法和技术;3. 能够应用机器学习算法解决实际问题;4. 培养学生的数据分析和模型构建能力;5. 培养学生的团队合作和创新精神。
三、教学内容1. 机器学习导论1.1 机器学习的定义和分类1.2 机器学习的发展历程1.3 机器学习的应用领域2. 监督学习和无监督学习2.1 监督学习的原理和方法2.2 无监督学习的原理和方法2.3 监督学习与无监督学习的比较3. 常用机器学习算法3.1 决策树算法3.2 朴素贝叶斯算法3.3 支持向量机算法3.4 神经网络算法3.5 集成学习算法4. 机器学习模型评估与优化4.1 模型评估指标4.2 过拟合与欠拟合4.3 模型优化技术5. 深度学习与人工智能5.1 深度学习的概念和应用5.2 卷积神经网络与图像识别5.3 递归神经网络与自然语言处理5.4 强化学习与智能决策6. 机器学习实践案例6.1 电商推荐系统6.2 医疗诊断辅助6.3 金融风控与欺诈检测6.4 智能交通与无人驾驶四、教学方法1. 理论讲解与案例分析相结合,激发学生的兴趣和思考;2. 实践操作与项目实战相结合,培养学生的实际应用能力;3. 学生个人学习与团队合作相结合,提升学生的综合能力;4. 提供开放式的学习资源和平台,鼓励学生的创新实践。
五、教学评估1. 平时作业:对学生的学习情况进行跟踪和检查;2. 课堂讨论:组织学生进行主题讨论和思考;3. 实验报告:要求学生完成机器学习实践案例并撰写实验报告;4. 期末考试:考核学生对机器学习理论和应用的理解和掌握程度。
六、教学资源1. 教材:《机器学习导论》;2. 参考书:《机器学习实战》、《Python机器学习基础教程》等;3. 网络资源:机器学习相关的开放教育资源和学术论文。
周志华 机器学习 Chap01绪论
例如:古文献修复 (文化)
以色列特拉维夫大学的学者将机器学习用于自动的书页拼接
已确定 相邻
已确定 不相邻
分类模型
判断 是否相邻
相邻 专家确认
在Cairo Genizah测试数据上,系统的自动判断精度超过 93% 新完成约 1,000 篇Cairo Genizah文章的拼接 (对比:过去整个世纪,数百人类专家只完成了几千篇文章拼接)
自动鉴定
分类模型 待鉴定画作
特有“笔迹”
真迹 + 赝品
Kröller Müller美术馆与Cornell等大学的学者对82幅梵高真迹和6幅赝品进
行分析,自动鉴别精度达 95%
[C. Johnson et al., IEEE-SP, 2008]
Dartmouth学院、巴黎高师的学者对8幅勃鲁盖尔真迹和5幅赝品进行分析,
查询 PubMed 以获取 候选摘要
人工找出值得全文审读 的文章
[C. Brodley et al., AI Magazine 2012]
“文献筛选”的故事
在一项关于婴儿和儿童残疾的研 究中,美国Tufts医学中心筛选 了约 33,000 篇摘要
尽 管 Tufts医 学 中 心 的 专 家 效 率
Cairo Genizah - 19世纪末被发现 - 超过300,000个片段 - 散布于全球多家博物馆
高水平专家的大量精力 被用于古文献修复
[L. Wolf et al., IJCV 2011]
例如:古文献修复 (文化) 一个重要问题:
原书籍已经变成分散且混杂的多个书页,如何拼接相邻的书页?
周志华 机器学习ppt Chap01绪论
该工作对专业知识要求极高
- 具有较高的绘画艺术修养 - 掌握画家的特定绘画习惯
只有少数专家花费很大精力 才能完成分析工作!
很难同时掌握不同时期、不同流派多位画家的绘画风格!
[C. Johnson et al., IEEE-SP, 2008]
例如:画作鉴别 (艺术)
为了降低分析成本, 机器学习技术被引入
很高,对每篇摘要只需 30 秒钟,
但该工作仍花费了 250 小时
每项新的研究都要重复
这个麻烦的过程!
需筛选的文章数在不断显著增长!
“文献筛选”的故事
为了降低昂贵的成本, Tufts医学中心引入了机器学习技术
邀请专家阅读少量摘要, 标记为“有关”或 “无关”
对是否“有关” 进行预测
分类模型
人类专家只需阅读 50 篇摘要,系统的自动筛选精度就达到 93% 人类专家阅读 1,000 篇摘要,则系统的自动筛选敏感度达到 95% (人类专家以前需阅读 33,000 篇摘要才能获得此效果)
自动鉴定
分类模型 待鉴定画作
特有“笔迹”
真迹 + 赝品
Kröller Müller美术馆与Cornell等大学的学者对82幅梵高真迹和6幅赝品进
行分析,自动鉴别精度达 95%
[C. Johnson et al., IEEE-SP, 2008]
Dartmouth学院、巴黎高师的学者对8幅勃鲁盖尔真迹和5幅赝品进行分析,
浊响
浊响
应该采用哪一个 模型(假设)?
归纳偏好 (inductive bias)
机器学习算法在学习过程中对某种类型假设的偏好
A更好? B更好?
一般原则: 奥卡姆剃刀
(Ocam’s razor)
机器学习导论 第4章 支持向量机
4.1 统计学习理论基础
学习过程的数学研究 F. Rosenblatt于1958,1962年把感知器作为一个学习 机器模型
统计学习理论的开始 Novikoff适定问题的正则化原则的发现 Tikhonov(1963), Ivanov(1962), Phillips(1962)
4.1 统计学习理论基础
机器学习 主要研究从采集样本出发得出目前尚不能通过原理分 析得到的规律,并利用这些规律对未来数据或无法观 测的数据进行预测。
模式识别 对表征事务或现象的各种形式(数值、文字及逻辑关系 等)信息进行处理和分析,以对事务或现象进行描述、 辨认、分类和解释的过程。
4.1 统计学习理论基础
第4章 支持向量机
本章学习目标
了解经验风险最小化和结构风险最小化的含义以及它们之间 的区别。
理解“支持向量”的概念以及最大化间隔的基本思想。 掌握支持向量机(SVM)的基本原理。 熟悉核函数的作用以及核方法的原理。 熟悉支持向量机(SVM)的特点及应用场合。
第4章 支持向量机
4.1 统计学习理论基础 4.2 支持向量机的基本原理和特点 4.3 线性SVM 4.4 基于核函数的非线性SVM 4.5 多分类SVM 4.6 支持向量机的训练
传统的机器学习理论基础——统计学
缺点:统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论 实际问题:样本有限(小样本)
统计学习理论
对小样本统计估计和预测学习的最佳理论
【注意】:这里所说的“小样本”是相对于无穷样本而言的,故 只要样本数不是无穷,都可称为小样本,更严格地说,应该称为 “有限样本”。
密度估计是统计学中的一个全能问题,即知道了密度就可以解决 各 种 问 题 。 一 般 地 , 估 计 密 度 是 一 个 不 适 定 问 题 ( ill-posed problem),需要大量观测才能较好地解决。
机器学习导论
机器学习导论•目录:•第1章机器学习概述••1.1什么是机器学习••1.2机器学习的分类••1.2.1基本分类••1.2.2监督学习及其功能分类••1.3构建机器学习系统••1.3.1机器学习的基本元素••1.3.2机器学习的一些基本概念••1.3.3机器学习模型的性能评估••1.4通过简单示例理解机器学习••1.4.1一个简单的回归示例••1.4.2一个简单的分类示例••1.5训练、验证与测试••1.6深度学习简介•1.7本章小结••习题••第2章统计与优化基础••2.1概率基础••2.1.1离散随机变量••2.1.2连续随机变量••2.1.3随机变量的基本特征••2.1.4随机特征的蒙特卡洛逼近••2.2概率实例••2.2.1离散随机变量示例••2.2.2高斯分布••2.2.3指数族••2.2.4混合高斯过程••2.2.5马尔可夫过程••2.3似然估计•2.4贝叶斯估计——后验估计••2.5随机变量的熵特征••2.5.1熵的定义和基本性质••2.5.2KL散度、互信息和负熵••2.6非参数方法••2.7优化技术概述••2.7.1基本优化算法••2.7.2拉格朗日方法••2.8本章小结••习题••第3章贝叶斯决策••3.1机器学习中的决策••3.2分类的决策••3.2.1加权错误率准则••3.2.2拒绝判决•3.3回归的决策••3.4高斯情况下的分类决策••3.4.1相同协方差矩阵情况的二分类••3.4.2不同协方差矩阵情况的二分类••3.4.3多分类情况••3.5KNN方法••*3.6概率图模型概述••3.6.1贝叶斯网络••3.6.2无向图模型••3.6.3图模型的学习与推断••3.7本章小结••习题••第4章基本回归算法••4.1线性回归••4.1.1基本线性回归•4.1.2线性回归的递推学习••4.1.3正则化线性回归••4.1.4多输出线性回归••*4.2稀疏线性回归Lasso••4.2.1Lasso的循环坐标下降算法••4.2.2Lasso的LAR算法••4.3线性基函数回归••*4.4奇异值分解••4.5回归学习的误差分解••4.6本章小结••习题••第5章基本分类学习••5.1基本分类问题••5.2线性判别函数模型••5.2.1Fisher线性判别分析•*5.2.2感知机••5.3逻辑回归••5.3.1二分类问题的逻辑回归••5.3.2多分类问题的逻辑回归••5.4朴素贝叶斯方法••*5.5机器学习理论简介••5.5.1假设空间有限时的泛化误差界••5.5.2假设空间无限时的泛化误差界••5.6本章小结••习题••第6章支持向量机与核函数方法••6.1线性支持向量机••6.1.1不等式约束的优化••6.1.2线性可分情况的SVM••6.1.3不可分情况的SVM•6.1.4合页损失函数••6.1.5SVM用于多分类问题••6.2非线性支持向量机••6.2.1SVM分类算法小结••*6.2.2SMO算法••6.3支持向量回归••*6.4核函数方法••6.5本章小结••习题••第7章决策树••7.1基本决策树算法••7.1.1决策树的基本结构••7.1.2信息增益和ID3算法••7.1.3信息增益率和C4.5算法••7.2CART算法•7.2.1分类树••7.2.2回归树••7.3决策树的一些实际问题••7.3.1连续数值变量••7.3.2正则化和剪枝技术••7.3.3缺失属性的训练样本问题••7.4本章小结••习题••第8章集成学习••8.1Bagging和随机森林••8.1.1自助采样和Bagging算法••8.1.2随机森林算法••8.2提升和AdaBoost算法••8.2.1AdaBoost算法介绍••*8.2.2AdaBoost算法分析•8.3提升树算法••8.3.1加法模型和提升树••8.3.2梯度提升树••8.4本章小结••习题••第9章神经网络与深度学习之一:基础••9.1神经网络的基本结构••9.1.1神经元结构••9.1.2多层神经网络解决异或问题••9.1.3多层感知机••9.1.4神经网络的逼近定理••9.2神经网络的目标函数和优化••9.2.1神经网络的目标函数••9.2.2神经网络的优化••9.3误差反向传播算法•9.3.1反向传播算法的推导••9.3.2反向传播算法的向量形式••9.3.3反向传播算法的扩展••9.4神经网络学习中的一些问题••9.4.1初始化••9.4.2正则化••9.4.3几类等价正则化技术••9.5本章小结••习题••第10章神经网络与深度学习之二:结构••10.1卷积神经网络••10.1.1卷积运算及其物理意义••10.1.2基本CNN的结构••10.1.3CNN的参数学习••*10.1.4卷积的一些扩展结构•*10.1.5CNN示例介绍••10.2循环神经网络••10.2.1基本RNN••10.2.2RNN的计算和训练••*10.2.3长短期记忆模型••*10.2.4门控循环单元••10.3本章小结••习题••第11章神经网络与深度学习之三:技术和应用••11.1深度学习中的优化算法••11.1.1小批量SGD算法••11.1.2动量SGD算法••11.1.3自适应学习率算法••11.2深度学习训练的正则化技术••11.2.1Dropout技术•11.2.2批归一化••*11.2.3层归一化••*11.3对抗训练••*11.4自编码器••11.4.1自编码器的基本结构••11.4.2自编码器的一些扩展••*11.5生成对抗网络••*11.6注意力机制和Transformer ••11.6.1注意力机制••11.6.2序列到序列模型••11.6.3Transformer••11.7本章小结••第12章聚类和EM算法••12.1聚类算法••12.1.1K均值聚类算法•12.1.2DBSCAN聚类算法••12.1.3其他度量和聚类算法••12.2EM算法••12.2.1EM算法的隐变量形式••12.2.2独立同分布情况••*12.2.3EM算法扩展到MAP估计••*12.2.4通过KL散度对EM算法的解释••12.3基于EM算法的高斯混合模型参数估计••12.3.1GMM参数估计••12.3.2GMM的软聚类••12.4本章小结••习题••第13章降维和连续隐变量学习••13.1主分量分析••13.1.1主分量分析原理•13.1.2广义Hebb算法••*13.2样本向量的白化和正交化••13.2.1样本向量的白化••13.2.2向量集的正交化••*13.3独立分量分析••13.3.1独立分量分析的原理和目标函数••13.3.2不动点算法Fast ICA••13.3.3自然梯度算法••13.3.4仿真实验举例••13.4本章小结••习题••第14章强化学习之一:经典方法••14.1强化学习的基本问题••14.2马尔可夫决策过程••14.2.1MDP的定义•14.2.2贝尔曼方程••14.2.3策略••14.2.4强化学习的类型••14.2.5探索与利用••14.3动态规划••14.3.1策略迭代方法••14.3.2值函数迭代方法••14.4强化学习的蒙特卡洛方法••14.4.1MC部分策略评估••14.4.2MC策略改进••14.4.3在轨策略和离轨策略••14.5强化学习的时序差分方法••14.5.1基本时序差分学习和Sarsa算法••14.5.2离轨策略和Q学习••14.5.3DP、MC和TD算法的简单比较•*14.5.4多步时序差分学习和资格迹算法••*14.6多臂赌博机••14.7本章小结••习题••第15章强化学习之二:深度强化学习••15.1强化学习的值函数逼近••15.1.1基本线性值函数逼近••*15.1.2线性值函数逼近的小二乘策略迭代算法••15.1.3深度Q网络••15.2策略梯度方法••15.2.1MC策略梯度算法Reinforce••15.2.2行动器评判器方法••*15.3连续动作确定性策略梯度方法••15.3.1DPG算法••15.3.2DDPG算法•15.3.3连续动作DRL的一些进展概述••15.4本章小结••习题••附录A课程的实践型作业实例••A.1第1次实践作业••A.2第2次实践作业••A.3第3次实践作业••附录B函数对向量和矩阵的求导••术语表••参考文献。
机器学习算法导论期末考试题
机器学习算法导论期末考试题
1、给人脸打上标签再让模型进行学习训练的方法,属于( )
A.强化学习
B.半监督学习
C.监督学习
D.无监督学习
正确答案: C
2.机器学习进行的第一步是( )
A.数据收集
B.特征提取
C.交叉验证
D.模型训练
正确答案: B
3、一般来说,在机器学习中,用计算机处理一幅的图像,维度是( )
A.上万维
B.二维
C.三维
D.一维
正确答案: A
4、在讲解“没有免费午餐定理”的时候,我们假设以上每一种情况出现的概率相同,请问这样的假设是基于如”下哪种经验?( )
A.实践经验
B.无经验
C.常识经验
D.学习经验
正确答案: B
二、多选题
1、在本课程中,我们把机器学习分成了哪几类?( )
A.自监督学习
B.传统监督学习
C.无监督学习
D.半监督学习
正确答案:B、C、D
2、以下哪些算法是非显著式编程?( )
A.编程实现扫地机器人的路径规划
B.编程判断医疗CT片中的病变区域
C.编程统计一个地区的GDP
D.编程求解棋盘上的八皇后问题
正确答案:A. B
3、下面哪几种机器学习的分类,完全不需要人工标注数据?( )
A.半监督学习
B.强化学习
C.无监督学习
D.监督学习
正确答案:B. C。
机器学习应用导论 教学大纲及教案
机器学习应用导论教学大纲及教案一、课程简介本课程旨在介绍机器研究的基本概念和应用。
通过理论讲解和实践操作,学生将掌握机器研究的基本原理和常见算法,并学会将其应用于实际问题解决。
二、教学目标1. 了解机器研究的基本概念和发展历程。
2. 掌握常见的机器研究算法及其应用场景。
3. 学会使用机器研究工具和平台进行数据挖掘和模型训练。
4. 能够独立思考和解决实际问题,并将机器研究方法应用于问题求解。
三、教学内容1. 机器研究概述- 机器研究的定义和分类- 机器研究的应用领域2. 监督研究- 概念理解和基本原理- 常见的监督研究算法:线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机等- 监督研究在实际问题中的应用案例3. 无监督研究- 概念理解和基本原理- 常见的无监督研究算法:聚类、关联规则等- 无监督研究在实际问题中的应用案例4. 强化研究- 概念理解和基本原理- 强化研究的算法和模型- 强化研究在实际问题中的应用案例5. 数据预处理和特征工程- 数据清洗和缺失值处理- 特征选择和降维技术6. 机器研究实践- 使用Python进行机器研究开发- 常用的机器研究库和工具介绍- 实战案例分析和实验操作四、教学方法1. 理论授课:讲解机器研究的基本概念和算法原理。
2. 实践操作:通过实际案例和实验操作,让学生亲自动手实践机器研究的流程和方法。
3. 讨论和交流:引导学生思考和讨论,解决实际问题中的机器研究应用难题。
4. 课程作业和项目:布置相关的实践作业和项目,加深学生对机器研究的理解和应用能力。
五、教材与参考资料1. 主教材:《机器研究导论》2. 参考资料:《Python机器研究实战》、《机器研究实战》、《统计研究方法》等六、评估方式1. 平时表现:参与课堂讨论和实践操作。
2. 课程作业:完成相关的实践作业和项目。
3. 考试:理论知识的考核和应用题的解答。
以上为《机器学习应用导论教学大纲及教案》的内容概要,课程内容以具体教案为准。
机器学习导论第1章
机器学习能做什么?
• 机器学习还可以解决视觉、语音识别以及机器人 方面的许多问题。 • 模式识别
– 图像和音频的获得很容易,机器如何做到识别?让机 器人识别人脸?辨别声音? – 一个图像并非是像素点的随机组合,人脸是有结构、 对称的。人脸上的器官是有组合模式的。
– 通过分析一个人的脸部图像的多个样本,学习程序是 可以捕获到那个人特有的模式。然后进行辨认。
深入理解机器学习
• 机器学习使用实例数据或过去的经验来训练计算机, 以优化某种性能指标。
– 例如,依赖于某种参数的模型,学习过程就是执行计算 机程序,利用训练数据或以往的经验来优化该模型的参 数。
• 学习模型可以是预测的,用于预测未来。或者是描 述的,用于从数据中获取知识。也可以二者兼备。 • 机器学习在构建数学模型是利用统计学理论,其核 心任务是从样本中推理。
计算
一切思维不过就是计算。 ——霍布斯 作为一般的智能行为,物质符号系统具有的计 算手段,既是必要的也是充分的。人类认知和 智能活动,经编码成符号系列,都可以通过计 算机进行模拟。 ——西蒙
梦想
• 机器具有智能—计算机科学家的梦想
什么是智能?能感知、能学习、能思维、能记忆、能决策、 能行动……,智能的核心是思维。
分类
思考1
• 在某些情况下,我们可能不希望1/0(高风险/低 风险)类型的判断,而是希望计算一个风险概率 值。该如何用概率模型表达??
• 概率值P(Y|X),X是顾客属性,Y是0或1,表 示低风险和高风险。
– 例如给定客户属性x,P(Y=1|X=x)= 0.8, 表示客户高 风险的可能性是80%。
周志华 机器学习 Chap01绪论 ppt课件
ppt课件
9
例如:互联网搜索
……
搜索: 南京大学
机器 学习
模型
搜索引擎
机器学习技术正在支撑着各种搜索引擎
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10
例如:自动汽车驾驶 (即将改变人类生活)
车载摄像头 车载雷达
机 器 学 习
控制汽车
模型
方向盘旋 转幅度
油门幅度
刹车幅度
DARPA Grand Challenge – 2004
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人类专家只需阅读 50 篇摘要,系统的自动筛选精度就达到 93% 人类专家阅读 1,000 篇摘要,则系统的自动筛选敏感度达到 95% (人类专家以前需阅读 33,000 篇摘要才能获得此效果)
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6
典型的机器学习过程
使用学习算法(learning algorithm)
训练数据
色泽 青绿 乌黑 青绿 乌黑
- 1947年出土 - 超过30,000个羊皮纸片段
Cairo Genizah - 19世纪末被发现 - 超过300,000个片段 - 散布于全球多家博物馆
高水平专家的大量精力 被用于古文献修复
[L. Wolf et al., IJCV 2011]
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16
例如:古文献修复 (文化)
一个重要问题:
已确定 相邻
已确定 不相邻
分类模型
判断 是否相邻
相邻
专家确认
在Cairo Genizah测试数据上,系统的自动判断精度超过 9 (对比:过去整个世纪,数百人类专家只完成了几千篇文章拼接)
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机器学习能做什么?
大数据上更惊人
查询 PubMed 以获取 候选摘要
机器学习导论 第5章 贝叶斯分类器与贝叶斯网络
本章学习目标
掌握贝叶斯公式和朴素贝叶斯分类器原理。 熟悉朴素贝叶斯分类器的优缺点及应用领域。 了解贝叶斯网络的构建方法及推理过程。
第5章贝叶斯分类器与贝叶斯网络
5.1 贝叶斯方法 5.2 贝叶斯分类器 5.3 贝叶斯网络
5.1 贝叶斯方法
贝叶斯(1702-1761) Thomas Bayes,英国数学家。1742 年成为英国皇家学会会员。1761年4月7日逝世。贝叶斯在 数学方面主要研究概率论。他首先将归纳推理法用于概率论 基础理论,并创立了贝叶斯统计理论,对于统计决策函数、 统计推断、统计的估算等做出了贡献。他死后,理查德·普莱 斯 (Richard Price) 于 1763 年 将 他 的 著 作 《 An essay towards solving a problem in the doctrine of chances 》寄给了英国皇家学会,对于现代概率论和数理统计产生了 重要的影响。
j 1
P(ti ri C2 ) P ti1 r1 C2 P ti2 r1 C2
m
P tim r1 C2 P tij r1 C2
j 1
P(ti ri Ck ) P ti1 r1 Ck P ti2 r1 Ck
条件独立性假设: “朴素”贝叶斯名字由来,牺牲分类准确性。 贝叶斯定理: 代入上式:
5.2 贝叶斯分类器
贝叶斯分类器: 分母对所有ck都相同:
5.2 贝叶斯分类器
朴素贝叶斯分类模型是一种简单的构造分类器的方法。朴素贝叶 斯分类模型是将问题分为特征向量和决策向量两类,并假设问题 的特征向量都是相互独立地作用于决策向量的,即问题的特征之 间都是互不相关的。
如果我们已经知道事件 A 和 B 各自发生的概率,已知当事件 A 发生前提下事件 B 也发生的条件概率,那么就可以用贝叶斯公式求 得在事件 B 发生前提下事件 A 发生的概率。 贝叶斯公式提供了从先验概率计算后验概率的方法。
机器学习导论第2章
偏倚与方差
方差
偏倚
2.10 回归
• 数值输出写成输入的函数。假定数值输出 是输入的确定性函数与随机噪音的和:
• 其中 是未知函数,我们用定义在参数 上的估计 来近似它。如果
与估计无关, 可省略
等价于最小化
线性回归
关于w0求导 关于w1求导
可以解得
偏倚/方差 trade-off
• 由某个带噪声的 产生一组数据集 • 根据每个数据集形成一个估计 • 现实中 的估计为
2.7 模型的选择与泛化
• 实例学习布尔函数中,输入输出均为2元的。 • d个2元值有2d个写法,因此对于d个输入有 2d个样本实例,将有22d个可能的布尔函数。
2.7 模型的选择与泛化
• 学习一个样本的过程是去掉猜测出错的假 设。
– X1=0, x2=1 输出为0。 去掉了假设h5 h6 h7 h8 h 13 h14 h15. – 随着更多的实验样本,逐步去掉与训练数据不 一致的假设。
• 噪声来源?
– 记录输入属性可能不准确。 – 标记点可能有错。(指导噪声) – 可能存在我们没有考虑到的附加属性。这些属性可能 是隐藏的或潜在的,是不可以预测的。是一种随机成 分
• 当有噪声时,正负实例之间没有简单的边界。
– 利用复杂模型,更好地拟合数据,得到零误差。 – 保持模型的简单性并允许一定误差的存在。
– 现有一组汽车实例和一组被测人,展示汽车, 被测人对汽车标记:
• 正例:标记为家用汽车 • 负例:其他类型汽车
– 机器学习后预测未见过的汽车是否为家用 – 汽车特征包括 价格、发动机功率、座位数量、 车身颜色等。
2.1 由实例学习类
• 仅考虑价格(x1)和发动机功率(x2)
数据挖掘 机器学习ML方法 入门导论
需求调研阶段,挖掘客户可能需要 解决的问题,或者针对客户提出的 问题,提供解决方案
算法工程师
算法的选型,算法的优化,特征工 程,以及工具中不提供的算法进行 代码实现
数据科学家的理解
算法型
算法型
算法型
诊断型
诊断型
诊断型
描述型
描述型 数据挖掘 (各类实施部署)
描述型 算法工程 (各类调研论文)
调研报告、应用场景需求报告、需求规格说明书、设计方案、开发方案、概要设计、实施方案、 差异分析报告、上线方案等。。。
一些小的建议
说一下自己的感悟
比赛实践给我们能带来什么
获得实践的机会 与大咖进行思维碰撞
与企业交流的机会
获得炫耀的资本 思考个人的发展 爱恨情仇的“江湖”体验
一些小的建议
保持思维活跃 提高相关技术水平
规范型数据分析
最具价值和处理复杂度的当属规范型分析。 规范型分析通过 “已经发生什么”、“为什么发生”和“什么将发生”,也就是综合运用上述提及的描述型分 析、诊断型分析和预测型分析,对潜在用户进行商品/服务推荐和决策支持。
数据挖掘流程的实现
确定好基本 特征思路
设计好代码 算法结构
实现代码
做好算法记 录
数据挖掘方法论
实 践 技 术 入 门 指 导
目录
Contents
数据挖掘简介 特征工程简介 如何加入产品
第一章 第二章 第三章
第四章
第五章
我的企业任务
一些小的建议
数据挖掘简介
本小节结合数据挖掘方法论的常有介绍,从实战的方式讲解, 数据挖掘方法论的流程,以及比赛过程中,怎么去使用这一 套方法,做成可以落地的方案。
电力大数据应用
机器学习导论
机器学习导论机器学习是人工智能领域的重要分支,旨在研究让计算机通过数据自主学习和改进性能的方法和算法。
它具有广泛的应用领域,如图像识别、自然语言处理、数据挖掘等。
本篇文章将介绍机器学习的基本概念、主要算法以及它在现实中的应用。
一、机器学习的基本概念1.1 什么是机器学习机器学习是一种通过让计算机从过去的经验中自动学习来提高性能的方法。
它不需要人为地编写明确的规则,而是通过从数据中提取模式和规律,自动调整和改进算法的参数,从而实现学习和预测。
1.2 机器学习的分类机器学习可以根据不同的学习方式进行分类。
常见的分类方法包括:- 监督学习:通过输入样本和对应的标签数据,训练模型来预测新样本的标签。
- 无监督学习:不使用标签数据,通过从数据中发现模式和结构来进行学习。
- 强化学习:通过与环境的交互来学习,通过试错来优化行为。
1.3 机器学习的评估指标在机器学习任务中,我们需要选择适当的评估指标来衡量模型的性能。
常用的评估指标包括准确率、召回率、精确率、F1分数等,具体选择哪个指标取决于具体的问题和需求。
二、机器学习的主要算法2.1 监督学习算法2.1.1 线性回归线性回归是一种常见的监督学习算法,用于预测数值型数据。
它基于给定的输入特征和输出标签,通过拟合一条直线或者超平面来建立输入和输出之间的关系。
2.1.2 决策树决策树是一种常见的分类算法,它通过对数据进行递归划分,构建一个树形结构,在每个节点上根据特征进行判断,最终输出样本的类别。
2.2 无监督学习算法2.2.1 聚类分析聚类分析是一种无监督学习算法,它通过对数据进行自动分类,将相似的样本归为一类。
常见的聚类方法包括K均值聚类和层次聚类等。
2.2.2 主成分分析主成分分析是一种常用的降维算法,它通过对数据进行线性变换,将原始高维数据转换为低维表示,保留最重要的特征。
2.3 强化学习算法2.3.1 Q学习Q学习是一种常见的强化学习算法,它通过Agent与环境的交互学习最优策略。
机器学习导论-day1
机器学习导论-day1
1 ⼤数据的4V特征
①数据量⼤
TB-PB-ZB
HDFS分布式⽂件系统
②数据种类多
结构化数据:Mysql为主的存储和处理
⾮结构化数据:图像、⾳频等
HDFS、MR、Hive
半结构化数据:XML格式、HTML格式
HDFS、MR、Hive、Spark
③速度快
增长速度快
TB-PB-ZB
HDFS
数据处理速度快
MR-HIVE-PIG-Impala(离线)
Spark-Flink(在线)
④价值密度低
2 ⼤数据项⽬框架
①数据采集 ftp,socket
②数据存储 HDFS
③数据分析 MR+HIVE+INPALA+SPARK
④机器学习层在⼤数据处理后的应⽤
⑤数据展⽰ oracle+ssm
3 ⼈⼯智能发展
3.1 ⼈⼯智能三次浪潮
跳棋-专家系统
象棋-统计模型
围棋-深度学习
3.2 ⼈⼯智能场景
图像识别、⽆⼈驾驶、智能医疗、智能翻译、语⾳识别、数据挖掘
4 机器学习-⼈⼯智能的区别和联系
机器学习是⼈⼯智能的⼀个分⽀
深度学习是机器学习的⼀个分⽀
5 数据、数据分析、数据挖掘的区别和联系
数据是观测值或测量值
信息是可信的数据
数据分析:数据—信息
数据挖掘:信息—有价值的信息
6 机器学习
机器学习致⼒于研究如何通过计算⼿段,再给定算法结合数据构建模型,通过模型达到预测的功能。
7 基于规则的学习和基于模型的学习
基于规则的学习是硬编码的⽅式进⾏学习
基于模型的学习是通过数据构建机器学习模型,通过模型进⾏预测。
《机器学习导论》题集
《机器学习导论》题集一、选择题(每题2分,共20分)1.以下哪个选项不是机器学习的基本类型?A. 监督学习B. 无监督学习C. 强化学习D. 深度学习2.在监督学习中,以下哪个选项是标签(label)的正确描述?A. 数据的特征B. 数据的输出结果C. 数据的输入D. 数据的预处理过程3.以下哪个算法属于无监督学习?A. 线性回归B. 逻辑回归C. K-均值聚类D. 支持向量机4.在机器学习中,过拟合(overfitting)是指什么?A. 模型在训练集上表现很好,但在新数据上表现差B. 模型在训练集上表现差,但在新数据上表现好C. 模型在训练集和新数据上表现都很好D. 模型在训练集和新数据上表现都差5.以下哪个选项不是交叉验证(cross-validation)的用途?A. 评估模型的泛化能力B. 选择模型的超参数C. 减少模型的训练时间D. 提高模型的准确性6.在梯度下降算法中,学习率(learning rate)的作用是什么?A. 控制模型训练的迭代次数B. 控制模型参数的更新速度C. 控制模型的复杂度D. 控制模型的训练数据量7.以下哪个激活函数常用于神经网络中的隐藏层?A. Sigmoid函数B. Softmax函数C. ReLU函数D. 线性函数8.以下哪个选项不是决策树算法的优点?A. 易于理解和解释B. 能够处理非线性数据C. 对数据预处理的要求不高D. 计算复杂度低,适合大规模数据集9.以下哪个评价指标适用于二分类问题?A. 准确率(Accuracy)B. 召回率(Recall)C. F1分数(F1 Score)D. 以上都是10.以下哪个算法属于集成学习(ensemble learning)?A. 随机森林B. K-近邻算法C. 朴素贝叶斯D. 感知机二、填空题(每空2分,共20分)1.在机器学习中,数据通常被分为训练集、_______和测试集。
2._______是一种常用的数据预处理技术,用于将数值特征缩放到一个指定的范围。
机器学习导论期末复习题
机器学习导论期末复习题机器学习导论期末复习题机器学习是一门涉及计算机科学和统计学的交叉学科,旨在研究和开发能够自动学习和改进的算法。
在现代社会中,机器学习已经广泛应用于各个领域,如自然语言处理、图像识别、推荐系统等。
作为机器学习课程的期末复习,以下是一些重要的问题和概念,希望能够帮助你回顾和巩固所学知识。
1. 什么是机器学习?它与传统的编程方法有何不同?机器学习是一种通过数据和经验来改进计算机算法的方法。
与传统的编程方法不同,机器学习不需要明确的规则或者指令,而是通过训练数据来自动学习和改进算法的性能。
2. 机器学习任务可以分为哪几类?请分别举例说明。
机器学习任务可以分为监督学习、无监督学习和强化学习。
监督学习是通过已知输入和输出的训练数据来训练模型,例如垃圾邮件分类。
无监督学习是在没有标签的情况下对数据进行分析和建模,例如聚类分析。
强化学习是通过与环境的交互来学习最优的行为策略,例如自动驾驶车辆。
3. 什么是特征工程?为什么它在机器学习中如此重要?特征工程是从原始数据中提取和选择有用的特征,以供机器学习算法使用。
它在机器学习中非常重要,因为好的特征可以提高算法的性能。
通过合理选择和处理特征,可以减少噪声和冗余信息,提高模型的泛化能力。
4. 什么是过拟合和欠拟合?如何解决这两个问题?过拟合是指模型在训练集上表现良好,但在测试集上表现较差的现象,即模型过于复杂而无法泛化到新的数据。
欠拟合则是指模型无法很好地拟合训练数据,导致在训练和测试集上都表现不佳。
为了解决过拟合问题,可以采用正则化方法、增加训练数据或者简化模型结构。
而对于欠拟合问题,可以增加特征数量、增加模型复杂度或者改进特征工程。
5. 什么是交叉验证?为什么要使用交叉验证?交叉验证是一种评估机器学习模型性能的方法,它将数据集划分为训练集和验证集,通过在不同的划分上进行训练和评估,得到更准确的模型性能估计。
使用交叉验证可以减少模型在特定数据集上的过拟合风险,提高模型的泛化能力。
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the prediction of a new sample x by D, i.e., y (x|D) or P (x|D)
Mingmin Chi (Fudan Univ.)
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Learning Machine
Function Approximation
If exists a mapping between inputs x and outputs y , the prediction can be obtained by function approximation, i.e., y := f (x, w) What’s the form of f ? How to estimate w?
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Learning Machine
Definition
Machine Learning: is the field of study that gives computers the ability to learn without being explicitly programmed. [Samuel, 1959] is a science of the artificial. The field’s main objects of study are artifacts, specifically algorithms that improve their performance with experience. [Langley, 1996] is the study of computer algorithms that improve automatically through experience. [Mitchell, 1997] is programming computers to optimize a performance criterion using example data or past experience. [Alpaydin, 2004] is a scientific discipline that is concerned with the design and development of algorithms that allow computers to evolve behaviors based on empirical data, such as from sensor data or databases. [Wikipedia, 2010]
Introduction
Mingmin Chi
Fudan University, Shanghai, China
Mingmin Chi (Fudan Univ.)
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Outline
1
Learning Machine Setting of Learning Problem Decision Theory Other related issue
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Learning Machine
Learning ... What?
rules functions behaviors abilities knowledge ...
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- One standard formulation of the supervised learning task is the classification problem: the learner is required to learn (to approximate) the behavior of a function which maps a vector xi ∈ RD into one of several classes by looking at several input-output examples of the function
Learning Types
Imagine a machine which experiences a series of sensory inputs: xi , i = 1, · · · , n Supervised learning: in which the algorithm generates a function that maps inputs xi to desired outputs yi .
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Learning Machine
Typical Learning Diagram
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Learning Machine
Examples?
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Learning Machine
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Learning Machine
Inference Types
Inductive Learning (specific-to-general): Learning is a problem of function estimation on the basis of empirical data. [Vapnik pp. 291]
Learning Machine
Learning Types (cont’d)
Imagine a machine which experiences a series of sensory inputs: xi , i = 1, · · · , n Unsupervised learning: is to build a model of xi that can be used for reasoning, decision making, predicting things, communicating etc. Labeled examples are not available. Semi-supervised learning: which combines both labeled and unlabeled examples to generate an appropriate function or classifier Reinforcement learning: in which the algorithm learns a policy of how to act given an observation of the world. Every action ai has some impact in the environment, and the environment provides feedback (rewards or punishments) that guides the learning algorithm. Its goal is to learn to act in a way that maximizes rewards in the long term
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Learning Machine
Supervised Learning
Components for learning in common a set of variables –> inputs x, which are measured or preset one or more outputs (responses) y the goal is to use the inputs to predict the values of the outputs x−> y Supervised learning
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Learning Machine
Inference Types
Inductive Learning (specific-to-general): Learning is a problem of function estimation on the basis of empirical data. [Vapnik pp. 291] Transductive Learning (specific-to-specific): To estimate the values of the function for a given finite number of samples of interest. [Vapnik pp. 292]
2
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