机器学习--术语

每个行业都有一些行话,外行人经常是刚接触就一头雾水,今天我们来捋一捋部分机器学习相关的术语。 在人工智能界有一种说法,认为> 机器学习是人工智能领域中最能够体现智能的一个分支。我们或许每天都在不知不觉中使用了机器学习的算法每次,你打开谷歌、必应搜索到你需要的内容,正是因为他们有良好的学习算法。谷歌和微软实现了学习算法来排行网页每次,你用 > ****Facebook ****或苹果的图片分类程序他能认出你朋友的照片,这也是机器学习。每次您阅读您的电子邮件垃圾邮件筛选器,可以帮你过滤大量的垃圾邮件这也是一种学习算法。
在进行机器学习研究之前,我们要有数据,假设我们有一组西瓜的数据,例如(色泽=青涩,敲声=清脆),(色泽=浅白,敲声=浑响)等等一组这样的数据,我们称之为数据集(data set),其中每一条记录是关于一个事件或对象的描述,称为一个示例(instance)或样本(sample)。反应事件或对象在某方面的表现和性质,例如“色泽”,“敲声”,称为特征(feature),特征的取值,例如“青涩”,“浅白”,称为特征值,属性张成的空间称为样本空间(sample space)。如果我们把特征当做坐标轴,可以构建一个多维空间,每个西瓜🍉都可以找到自己的坐标,这个点也可以使用向量表示,称为特征向量(feature vector)
在这篇文章中,提到机器学习可以类比为人类的归纳总结过程。经验=数据,归纳=训练。         
现在我们要拿着上文的数据,来训练我们选西瓜的模型。这个从数据到模型的过程,称之为训练(training)学习(learning)。这个过程通过某个学习算法来完成的。训练过程使用的数据,成为训练数据(training data),其中每个样本称为一个训练样本(training sample)。训练样本组成的集合成为训练集(training set)。学习算法通常有参数设置,使用不用的参数值和训练数据,将产生不同的结果。
当然,要建立一个帮助我们买瓜的模型,仅有前面的数据是远远不够的,要建立这样的关于预测的模型,我们需要获得训练样本的结果信息,例如((色泽=青涩,敲声=浑响),好瓜),其中“好瓜称为标记(lable),拥有标记信息的示例,则称为样例(example)
前面,我们预测的是离散值,例如“好瓜”,“坏瓜”,此类学习任务称为分类(classification)。如果,我们想要预测连续值,比如西瓜成熟度 0.99 0.89 0.56 ,此类任务称为回归(regression)。对于只涉及两个分类的二分类(binary classfication),通常称其中一个类为正类(positive class),另一个类为负类(negative class),设计多个分类的任务,称为多分类(multi-class calssfication)

学得模型之后,使用这个模型进行预测的过程称为测试(testing),被测试的样本称为测试样本(testing sample)
其实,我们还可以对西瓜进行聚类(clustering),也就是将训练集中的西瓜分成若干组。每一组称为一个“簇”(cluster)。聚类产生的分类,我们事前是不知道的,在学习过程中我们的训练集没有标记信息。
根据训练数据是否拥有标记信息,学习任务可大致划分为两大类:监督学习(supervised learning)无监督学习(unsupervised learning),分类和回归是前者的代表,而聚类是后者的代表。

最后,需要注意的是,机器学习的目标是使学得的模型能很好地适用于“新样本”,而不是仅仅在训练集上工作得很好。学得的模型适用于新样本的能力,成为泛化(generalization)。泛化能力针对的其实是学习方法,它用于衡量该学习方法学习到的模型在整个样本空间上的表现。
回归问题往往会通过计算**误差(Error)来确定模型的精确性。误差由于训练集和验证集的不同,会被分为训练误差(Training Error)和验证误差(Validation Error)。但值得注意的是,模型并不是误差越小就一定越好,因为如果仅仅基于误差,我们可能会得到一个过拟合(Overfitting)的模型;但是如果不考虑误差,我们可能会得到一个欠拟合(Underfitting)**的模型,用图像来说的话大致可以这样理解:

如果模型十分简单,往往会欠拟合,对于训练数据和测试数据的误差都会很大;但如果模型太过于复杂,往往会过拟合,那么训练数据的误差可能相当小,但是测试数据的误差会增大。好的模型应当平衡于这两者之间。

机器学习下面有很多算法,以及对应的应用场景,在接下来的文章,会慢慢啃完的。

推荐一个网站,它上面有很多数据集供我们选择,如图:


画外音:搜索 UCI




以上只是冰山一角。

(完)



大数据与人工智能的时代
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本文参考:   1.《机器学习》-- 周志华.清华大学出版社

  1. 吴恩达机器学习课程