摘要
前期回顧:
機器學習與連續流連載系列丨使用康寧反應器集成在線光譜,通過半監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?簡而言之就是發現規律,能根據已有情況,尋找規律,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律,根據規律去解決新問題。
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據,從中學習,然后對世界上的事物做出決定或預測。”
傳統編程
機器學習
傳統編程需要寫好嚴格的詳細的程序指令,根據輸入數據得到輸出結果。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據結構,發現規律。
機器學習的工作流程包括以下幾個關鍵步驟:
數據收集:從不同來源收集數據,如音樂錄音、患者病史或照片。
數據準備:清洗數據、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。
模型優化:通過調整參數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據中的新數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:
監督學習:使用帶有明確描述或標簽的訓練數據,算法在“監督者”的幫助下學習。監督學習就像做題,有答案和目標可以參照。
無監督學習:使用未標記的訓練數據,目的是在沒有具體指導的情況下發現數據中的模式、結構或關系。
半監督學習: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據來訓練。例如上篇文章提到的半監督學習。就是先做一部分給答案的題,然后根據規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。
優勢
數據處理能力:機器學習能夠處理大量數據,并自行發現模式和進行預測。
靈活性:機器學習模型可以適應新數據,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據分析和解釋的需要,實現了決策自動化。
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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