机器学习——完整的基础概念学习,机器学习分类
一、机器学习与深度学习
机器学习与深度学习的区别和联系
机器学习是人工智能的一个分支,它使计算机能够通过学习数据和模式来自动改进和优化算法。相比之下,深度学习是机器学习的一个子集(是机器学习的一种),它依赖于类似于人脑的神经网络结构,通过构建多层网络来学习数据的复杂模式和特征。
深度学习的链接可以参见我的其他文章:
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简单的神经网络详解:
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梯度下降法:
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模型的过拟合与欠拟合:
机器学习/深度学习——模型的欠拟合和过拟合,正则化方法详解
模型的评估:
机器学习/深度学习——关于分类任务的机器学习、深度学习模型的评估指标详解
区别:
- 方法不同:机器学习通常基于数据驱动,通过训练数据学习得到参数化模型。而深度学习则基于表示学习和分层网络模型,采用大量层数和非线性关系来模拟复杂关系。
- 数据需求:机器学习需要较少的数据,因为使用的模型和参数较少。深度学习则需要大量数据,因其模型复杂且参数众多。
- 应用领域:机器学习适用于各种领域,如文本分类、图像识别等。深度学习则常用于自然语言处理、计算机视觉等需要处理大规模复杂数据的领域。
联系:
深度学习是机器学习的一种特殊形式,它扩展了机器学习的技术,特别是在处理具有高维度和复杂结构的数据时。深度学习通过自动提取特征的方式,优化了传统机器学习中需要手动特征工程的过程。
优缺点:
-
机器学习:
- 优点:
- 能够处理复杂的数据生成工作。
- 具有强大的预测能力。
- 具有自适应性。
- 自动化决策,提高效率和准确性。
- 缺点:
- 实施成本可能较高。
- 对数据质量依赖性强。
- 可能引入偏见。
- 决策过程可能缺乏透明度。
- 优点:
-
深度学习:
- 优点:
- 强大的学习能力。
- 广泛的适应性和覆盖范围。
- 高度依赖数据,表现随数据量增加而提升。
- 良好的可移植性,有多个框架支持。
- 缺点:
- 计算量大,便携性差。
- 对硬件要求高,成本昂贵。
- 模型设计复杂,需要大量专业知识。
- 可能存在偏见,缺乏"人性"。
- 优点:
深度学习能取代机器学习吗?
深度学习并不能取代机器学习,因为它们各自有独特的应用场景和优势。机器学习算法在数据量较小、问题结构简单的情况下更为有效,而深度学习则在处理大规模、高维度的复杂数据集时表现出色。在实际应用中,它们通常相辅相成,结合使用以提高解决问题的能力。
二、机器学习分类概述
机器学习作为人工智能的一个分支,可以通过不同的方式进行分类,每种分类都有其独特的定义、特点、优势和局限性。
1.按学习方式分类
有监督学习(Supervised Learning)
- 定义:有监督学习是一种机器学习范式,其中模型从标记的训练数据中学习,即训练集中的数据都有对应的标签或结果。
- 优点:能够精确地学习输入数据与输出标签之间的映射关系,适用于需要预测具体结果的任务。
- 缺点:需要大量的标记数据,且对数据质量高度依赖,对新数据的泛化能力受限于训练数据的多样性和代表性。
无监督学习(Unsupervised Learning)
- 定义:无监督学习不依赖于标记的训练数据,模型试图理解数据的内在结构和模式,如通过聚类分析将数据分组。
- 优点:可以在没有标签的指导下发现数据的潜在结构,适用于探索性数据分析和特征学习。
- 缺点:结果难以直观解释,且缺乏像有监督学习那样的明确性能评估标准。
2.按任务类型分类
分类(Classification)
- 定义:分类任务的目标是预测数据集中每个实例的离散标签,如垃圾邮件检测或疾病诊断。
- 优点:适用于处理标记好的数据集,能够实现对新实例的类别预测。
- 缺点:对于类别不平衡的数据集可能产生偏差,且模型可能对特征的选择非常敏感。
回归(Regression)
- 定义:回归任务与分类类似,但目标是预测一个连续的数值,如房价预测或温度估计。
- 优点:适用于各种连续值预测问题,可以提供定量的预测结果。
- 缺点:需要处理异常值和数据标准化问题,且可能对噪声较为敏感。
聚类(Clustering)
- 定义:聚类是一种无监督学习任务,目的是将数据集中的样本根据相似性分组,使得同一组内的样本相似度高,不同组间的样本相似度低。
- 优点:不需要预先标记数据,可以揭示数据的内在结构和分布。
- 缺点:聚类结果可能受到初始条件和算法选择的影响,且缺乏统一的性能评估标准。
生成模型(Generative Model)
- 定义:生成模型旨在学习数据的分布,并能够生成新的、与训练数据相似的数据实例,如生成对抗网络(GANs)。
- 优点:能够创建新的数据实例,适用于数据增强和创意应用。
- 缺点:训练过程复杂,对模型参数敏感,且计算成本较高。
3.按数据类型和学习目标分类
强监督学习(Strongly Supervised Learning)
- 定义:强监督学习指的是训练数据中的每个样本都有准确且完整的标签,这为模型提供了清晰的学习目标。
弱监督学习(Weakly Supervised Learning)
- 定义:弱监督学习中,训练数据的标签不完全准确或不完整,可能是由于标注错误、标注成本限制或标注者专业知识不足。
联邦学习(Federated Learning)
- 定义:联邦学习是一种分布式机器学习方法,允许多个参与者协作训练模型,同时保持数据隐私和本地化。
强化学习(Reinforcement Learning)
- 定义:强化学习是一种让智能体通过与环境的交互来学习如何达成长期目标的学习方法,广泛应用于游戏、机器人等领域。