机器学习——绪论(一)

摘要:机器学习定义;机器学习过程中的基本术语;

参考:

(1)GitHub - Vay-keen/Machine-learning-learning-notes: 周志华《机器学习》又称西瓜书是一本较为全面的书籍,书中详细介绍了机器学习领域不同类型的算法(例如:监督学习、无监督学习、半监督学习、强化学习、集成降维、特征选择等),记录了本人在学习过程中的理解思路与扩展知识点,希望对新人阅读西瓜书有所帮助!

(2)《机器学习》周志华著,清华大学出版社

1.引言:

1.1机器学习定义:

研究如何通过计算的手段,利用经验来改善系统自身的性能的学科。(经验即数据)

另一本经典教材的作者Mitchell给出了一个形式化的定义,假设:

\bullet P:计算机程序在某任务类T上的性能。

\bullet T:计算机程序希望实现的任务类。

\bullet E:表示经验,即历史的数据集。

若该计算机程序通过利用经验E在任务T上获得了性能P的改善,则称该程序对E进行了学习。

1.2机器学习研究主要内容

关于在计算机上从数据中产生“模型”(model)的算法,即“学习算法”(learning algorithm)

2.基本术语

2.1案例

假设我们收集了一批西瓜的数据,例如:(色泽=青绿;根蒂=蜷缩;敲声=浊响), (色泽=乌黑;根蒂=稍蜷;敲声=沉闷), (色泽=浅自;根蒂=硬挺;敲声=清脆)……

2.2基本术语

\bullet 记录:每个元组(即每对括号内)是一条记录。

\bullet 所有记录的集合为:数据集。

\bullet 示例(instance)或样本(sample):每一个记录可称为一个示例或样本,即关于一个事件或对象的描述。

有时将整个数据集亦称一个“样本”(因为他可看作对样本空间的一个采样)。

\bullet 属性(attribute)/特征(feature):反映事件或对象在某方面的表现或性质的事项,例如:色泽或敲声。

\bullet 属性值(attribute):属性上的取 值,例如"青绿" "乌黑"。

\bullet 样本空间(sample space)/属性空间(attribute space)/输入空间:属性张成的空间。

例如我们把"色泽" "根蒂" "敲声"作为三个坐标轴,则它们张成 一个用于描述西瓜的三维空间,每个西瓜都可在这个空间中找到自己的坐标位置。

由于空间中的每个点对应一个坐标向量,因此我们也把一个示例称为一个 "特征向量" (feature vector)。

\bullet 一个样本的特征数为:维数(dimensionality),该西瓜的例子维数为3,当维数非常大时,也就是现在说的“维数灾难”。

计算机程序学习经验数据生成算法模型(也称为“学习器”(learner))的过程中,训练过程中使用的数据称为"训练 数据" (training data),其中每个样本称为一个“训练样本" (training sample) ,亦称“训练示例”(training instance) 或“训练例”;同时在训练好模型后,我们希望使用新的样本来测试模型的效果,则每一个新的样本称为一个“测试样本”(testing sample)。定义:

\bullet 所有训练样本的集合为:训练集(trainning set),[特殊]。

\bullet 所有测试样本的集合为:测试集(test set),[一般]。

\bullet 学得模型对应了关于数据 的某种潜在的规律,因此亦称"假设" (hypothesis)。

\bullet 这种潜在规律自身,则称 为"真相"或"真实" (ground-truth)。

\bullet 机器学习出来的模型适用于新样本的能力为:泛化能力(generalization),即从特殊到一般。

西瓜的例子中,我们是想计算机通过学习西瓜的特征数据,训练出一个决策模型,来判断一个新的西瓜是否是好瓜。可以得知我们“预测” (prediction)的是:西瓜是好是坏,即好瓜与差瓜两种,是离散值。同样地,也有通过历年的人口数据,来预测未来的人口数量,人口数量则是连续值。定义:

\bullet 预测值为离散值的问题为:分类(classification)。

对只涉及两个类别的“二分类”(binary classification)任务,通常称其中一个类为“正类”(positive class); 另一个类为“反类”(negative class); 涉及多个类别时,则称为“多分类”(multi-class classification)任务。

\bullet 预测值为连续值的问题为:回归(regression)。

一般地,预测任务是希望通过对训练 集 {(x_{1} , y_{1} ) , (x_{2} , y_{2} ) ,..., (x_{m} , y_{m} )} 进行学习,建立一个从输入空间\chi 到输出 空间\Upsilon 的映射 f: \chi \vdash \Upsilon . 对二分类任务,通常令 \Upsilon = {-1, +1} 或 {0, 1}; 对 多分类任务,\vert \Upsilon \vert >2; 对回归任务,\Upsilon \mathbb{R}\mathbb{R}为实数集。

我们预测西瓜是否是好瓜的过程中,很明显对于训练集中的西瓜,我们事先已经知道了该瓜是否是好瓜,学习器通过学习这些好瓜或差瓜的特征,从而总结出规律,即训练集中的西瓜我们都做了“标记”(label),称为标记信息。拥有了标记信息的示例,则称为“样例”(example)。但也有没有标记信息的情形,例如:我们想将一堆西瓜根据特征分成两个小堆,使得某一堆的西瓜尽可能相似,即都是好瓜或差瓜,对于这种问题,我们事先并不知道西瓜的好坏,样本没有标记信息。定义:

\bullet 一般地,用(x_{i} , y_{i} )表示第i个样例, 其中y_{i} \in \Upsilon是示例 x_{i} 的标记,\Upsilon 是所有标记的集合, 亦称“标记空间”(label space)或“输出空间”。

\bullet 训练数据有标记信息的学习任务为:监督学习(supervised learning),容易知道上面所描述的分类和回归都是监督学习的范畴。

\bullet 训练数据没有标记信息的学习任务为:无监督学习(unsupervised learning),常见的有“聚类”(clustering)和关联规则。


最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,222评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,455评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,720评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,568评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,696评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,879评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,028评论 3 409
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,773评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,220评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,550评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,697评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,360评论 4 332
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,002评论 3 315
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,782评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,010评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,433评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,587评论 2 350

推荐阅读更多精彩内容