摘要
前期回顧:
機器學習與連續(xù)流連載系列丨使用康寧反應器集成在線光譜,通過半監(jiān)督機器學習識別化學反應式計量和動力學模型點擊進入原文查看
本期亮點
本期將對機器學習做一次全面感性認識:
什么是機器學習?
機器學習的工作流程是怎樣的?
機器學習有幾種類型?
機器學習也有局限性?
機器學習(Machine Learning, ML)作為人工智能(Artificial Intelligence, AI)的一個分支,正在逐漸改變我們與技術的互動方式。本文將探討機器學習的核心概念、工作流程、類型、優(yōu)勢與局限。
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在回答機器學習前,先回到人類的學習,什么叫做學習或者學會了?簡而言之就是發(fā)現(xiàn)規(guī)律,能根據已有情況,尋找規(guī)律,解決新問題。
“過擬合”,打個比方就像某學生做大量題,他死記硬背,只會做已經做過的相同的題,遇到相同知識基礎的新題(稍微變化一下)就不會解答,也就是“泛化能力”差。
比如某某學生在模擬考試中,考試成績好,到了正式考試時,成績不理想,很多家長認為沒有考試運。當然這個有很多原因,比如考試時緊張,身體出現(xiàn)不適等,但有個原因就是其“泛化能力”差,模擬考是他做過的題,沒有從中“泛化”出規(guī)律去解答新題。
機器學習類似人類學習,根據大量題型總結規(guī)律,根據規(guī)律去解決新問題。
人工智能先驅Arthur Samuel,在1950年代將“機器學習”定義為,“使計算機能夠在沒有明確編程的情況下進行學習的研究領域”。
Nvidia認為“機器學習最基本的是使用算法解析數(shù)據,從中學習,然后對世界上的事物做出決定或預測。”
傳統(tǒng)編程
機器學習
傳統(tǒng)編程需要寫好嚴格的詳細的程序指令,根據輸入數(shù)據得到輸出結果。其難度在于程序的編寫,有時不能覆蓋某些新情況。比如做饅頭,寫好買1kg白面粉,和面加入X kg水,捏好形狀,放入蒸籠蒸X分鐘。如果遇到了玉米粉,它就不會做玉米饅頭了。
機器學習是通過算法和大量的做饅頭的書籍介紹等,總結出通用規(guī)律,這樣遇到玉米粉也能輸出相應做玉米饅頭的步驟。所以機器學習難在解析數(shù)據結構,發(fā)現(xiàn)規(guī)律。
機器學習的工作流程包括以下幾個關鍵步驟:
數(shù)據收集:從不同來源收集數(shù)據,如音樂錄音、患者病史或照片。
數(shù)據準備:清洗數(shù)據、去除錯誤,并進行格式化,使其適合計算機處理。
選擇和訓練模型:根據任務選擇合適的機器學習模型,并開始訓練過程。
模型優(yōu)化:通過調整參數(shù)或設置來提高模型的準確性。
模型評估:使用未包含在訓練數(shù)據中的新數(shù)據來測試模型的泛化能力。
模型部署:將訓練和評估好的模型用于對新數(shù)據進行預測或識別模式。
機器學習模型主要分為四種類型:
監(jiān)督學習:使用帶有明確描述或標簽的訓練數(shù)據,算法在“監(jiān)督者”的幫助下學習。監(jiān)督學習就像做題,有答案和目標可以參照。
無監(jiān)督學習:使用未標記的訓練數(shù)據,目的是在沒有具體指導的情況下發(fā)現(xiàn)數(shù)據中的模式、結構或關系。
半監(jiān)督學習:嚴格意義上來說不算獨立分類,顧名思義就是有一部分有明確描述的數(shù)據來訓練。例如上篇文章提到的半監(jiān)督學習。就是先做一部分給答案的題,然后根據規(guī)律去做另一半沒有答案的題目。
強化學習:計算機程序通過與環(huán)境的交互來學習,通過試錯來確定在特定情境下的最佳行動。
優(yōu)勢
數(shù)據處理能力:機器學習能夠處理大量數(shù)據,并自行發(fā)現(xiàn)模式和進行預測。
靈活性:機器學習模型可以適應新數(shù)據,并隨著時間的推移不斷提高準確性。
自動化:機器學習模型消除了手動數(shù)據分析和解釋的需要,實現(xiàn)了決策自動化。
局限
過擬合和泛化問題:機器學習模型可能過于適應訓練數(shù)據,導致無法泛化到未見過的例子。
可解釋性:一些機器學習模型像“黑箱”一樣運作,即使是專家也無法解釋它們的決策或預測。
算法偏差:由于訓練數(shù)據可能包含人類的偏見,這可能導致算法偏差,產生不公平的結果。
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