學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)程序，它通過(guò)成功解決過(guò)去的問(wèn)題積累的經(jīng)驗(yàn)做出決策。盡管應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但是有許多不同的學(xué)習(xí)算法，該領(lǐng)域是計(jì)算領(lǐng)域最熱門(mén)的領(lǐng)域之一，并且定期發(fā)布一些新的技術(shù)和算法。
機(jī)器學(xué)習(xí)vs.人工智能
許多人認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的含義是一樣的，但這并不十分準(zhǔn)確。人工智能有幾種定義，這其中包含機(jī)器學(xué)習(xí)的廣泛概念。一個(gè)被廣泛接受的定義是，人工智能由依賴(lài)人類(lèi)行為來(lái)解決問(wèn)題的計(jì)算機(jī)制組成。換句話(huà)說(shuō)，技術(shù)使計(jì)算機(jī)就像人類(lèi)一樣“思考”來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
人類(lèi)能夠分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中的模式或趨勢(shì)，從中進(jìn)行更明智的分析，然后使用結(jié)論做出決策。在某種意義上，人工智能也遵循同樣的原則。通常，人們完成任務(wù)越多，就越熟練。這是具有學(xué)習(xí)能力的結(jié)果。經(jīng)常重復(fù)或執(zhí)行相關(guān)程序?qū)θ藗儊?lái)說(shuō)是一種培訓(xùn)。在人工智能系統(tǒng)中也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的事情：公開(kāi)獲取或記錄在專(zhuān)用平臺(tái)上的數(shù)據(jù)用作人工智能算法的培訓(xùn)。
那么培訓(xùn)是如何完成的?為此目的有幾種算法。這一切都取決于應(yīng)用程序以及它們背后的組織或人員。在這里，最重要的是知道在這一點(diǎn)上機(jī)器學(xué)習(xí)是有意義的。
什么是機(jī)器學(xué)習(xí)?
機(jī)器學(xué)習(xí)也是一個(gè)有多種定義的概念，但在其核心，機(jī)器學(xué)習(xí)是一個(gè)可以根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)自主修改其行為的系統(tǒng)，其人為干擾很小。這種行為修改基本上包括建立邏輯規(guī)則，目的是提高任務(wù)的性能，或者根據(jù)應(yīng)用程序做出最適合場(chǎng)景的決策。這些規(guī)則是根據(jù)分析數(shù)據(jù)中的模式識(shí)別生成的。
例如，如果一個(gè)人在搜索引擎中鍵入“勇敢”這個(gè)詞，該服務(wù)需要分析一系列參數(shù)來(lái)決定是否顯示類(lèi)似于激怒或勇敢的結(jié)果，這可能有兩種含義。在眾多可用參數(shù)中有用戶(hù)搜索歷史：例如，如果在尋找“勇敢”之前幾分鐘，則最有可能出現(xiàn)第二種意義。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子，但它說(shuō)明了機(jī)器學(xué)習(xí)的一些重要方面。
重要的是，系統(tǒng)必須根據(jù)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這是搜索者必須放棄的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗麄兘邮樟藬?shù)百萬(wàn)次訪問(wèn)，因此這是一個(gè)培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)。
另一個(gè)方面是持續(xù)的數(shù)據(jù)輸入，有利于識(shí)別新標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)“勇敢”這個(gè)詞成為與文化運(yùn)動(dòng)相關(guān)的俚語(yǔ)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，搜索引擎將能夠識(shí)別指向該術(shù)語(yǔ)的新含義的模式，并且在一段時(shí)間之后，將能夠在搜索結(jié)果中考慮它。
機(jī)器學(xué)習(xí)有幾種方法。眾所周知的一種方法稱(chēng)之為“深度學(xué)習(xí)”，其中大量數(shù)據(jù)來(lái)自多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些算法受到解決復(fù)雜問(wèn)題的大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，例如圖像中的物體識(shí)別。
機(jī)器學(xué)習(xí)的例子
機(jī)器學(xué)習(xí)的使用正在演變成各種各樣的應(yīng)用，人們當(dāng)今擁有的許多技術(shù)資源都基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。
•自治數(shù)據(jù)庫(kù) - 借助機(jī)器學(xué)習(xí)，自治數(shù)據(jù)庫(kù)處理以前由管理人員(DBA)執(zhí)行的若干任務(wù)，允許這些專(zhuān)業(yè)人員處理其他活動(dòng)，從而降低因?yàn)槿藶殄e(cuò)誤導(dǎo)致的應(yīng)用程序不可用的風(fēng)險(xiǎn)。
•打擊支付系統(tǒng)中的欺詐行為 - 每秒都會(huì)產(chǎn)生各種信用卡欺詐和其他支付方式的嘗試。機(jī)器學(xué)習(xí)允許反欺詐系統(tǒng)在成功之前識(shí)別其中的大部分。
•文本翻譯——翻譯必須考慮場(chǎng)景、區(qū)域表達(dá)式和其他參數(shù)。由于采用機(jī)器學(xué)習(xí)，自動(dòng)翻譯越來(lái)越精確。
•內(nèi)容推薦——視頻和音頻流平臺(tái)使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)分析用戶(hù)查看或拒絕的內(nèi)容的歷史記錄，以便為他們提供符合其意愿的建議。
•營(yíng)銷(xiāo)和銷(xiāo)售——根據(jù)以前的購(gòu)買(mǎi)推薦產(chǎn)品和服務(wù)的網(wǎng)站使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)分析購(gòu)買(mǎi)歷史，并推廣客戶(hù)可能感興趣的其他項(xiàng)目。這種捕獲數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并使用它來(lái)定制購(gòu)物體驗(yàn)的能力或?qū)嵤I(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)是零售業(yè)的未來(lái)。
•運(yùn)輸——分析數(shù)據(jù)以識(shí)別模式和趨勢(shì)對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)至關(guān)重要，這取決于開(kāi)發(fā)更有效的路線(xiàn)，并預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題以提高可靠性和盈利能力。機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)建模和分析方面是運(yùn)輸廠商、公共交通和業(yè)內(nèi)其他組織的重要工具。
•石油和天然氣 - 機(jī)器學(xué)習(xí)有助于發(fā)現(xiàn)新的能源，分析土壤中的礦物質(zhì)，預(yù)測(cè)煉油廠傳感器的故障，加速石油的分配，使其更加高效和經(jīng)濟(jì)。在這個(gè)行業(yè)中，機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序的數(shù)量是巨大的，并且持續(xù)增長(zhǎng)。
•醫(yī)療保健 - 由于可穿戴設(shè)備和傳感器的出現(xiàn)，使醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人員能夠?qū)崟r(shí)訪問(wèn)患者數(shù)據(jù)，因此機(jī)器學(xué)習(xí)是醫(yī)療保健領(lǐng)域不斷發(fā)展的趨勢(shì)。該技術(shù)還可以幫助醫(yī)學(xué)專(zhuān)家分析數(shù)據(jù)，以識(shí)別趨勢(shì)或警報(bào)，從而改善診斷和治療。
機(jī)器學(xué)習(xí)中使用的方法
兩種最廣泛采用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)，但它們并不是唯一的方法。
通過(guò)標(biāo)記示例訓(xùn)練監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，作為已知所需輸出的輸入。例如，設(shè)備可能具有標(biāo)記為“F”(失敗)或“E”(執(zhí)行)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。學(xué)習(xí)算法接收一組輸入以及相應(yīng)的正確輸出，并通過(guò)將實(shí)際輸出與正確輸出進(jìn)行比較來(lái)學(xué)習(xí)以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。然后它修改結(jié)算模型。通過(guò)分類(lèi)、回歸和梯度增強(qiáng)等方法，監(jiān)督學(xué)習(xí)使用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)預(yù)測(cè)附加的非標(biāo)記數(shù)據(jù)中的標(biāo)簽值。監(jiān)督學(xué)習(xí)通常用于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能的未來(lái)事件的應(yīng)用中。例如，它可以預(yù)測(cè)信用卡交易何時(shí)可能是欺詐性的，或者哪些投保人傾向于要求其政策。
非監(jiān)督學(xué)習(xí)用于針對(duì)沒(méi)有歷史標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。“正確答案”未向系統(tǒng)報(bào)告。算法必須找出所顯示的內(nèi)容。目標(biāo)是探索數(shù)據(jù)并在其中找到一些結(jié)構(gòu)。無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)適用于交易數(shù)據(jù)。例如，它可以識(shí)別具有相似屬性的客戶(hù)群，然后可以在營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)中對(duì)其進(jìn)行類(lèi)似處理;或者它可以找到分隔不同客戶(hù)群的關(guān)鍵屬性。常用的技術(shù)包括自組織映射、鄰近映射、k-均值分組和分解為奇異值。這些算法還用于分割文本主題、推薦項(xiàng)目和識(shí)別數(shù)據(jù)中的差異點(diǎn)。
半監(jiān)督學(xué)習(xí)用于與監(jiān)督學(xué)習(xí)相同的應(yīng)用程序，但處理有標(biāo)簽和無(wú)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行培訓(xùn)——通常是用大量無(wú)標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)記的少量數(shù)據(jù)(因?yàn)闆](méi)有標(biāo)簽的數(shù)據(jù)更便宜，并且需要花費(fèi)更少的精力來(lái)獲取)。這類(lèi)學(xué)習(xí)可用于分類(lèi)、回歸和預(yù)測(cè)等方法。當(dāng)與標(biāo)簽相關(guān)的成本太高而無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全標(biāo)記的培訓(xùn)過(guò)程時(shí)，半監(jiān)督學(xué)習(xí)非常有用。其典型例子包括在網(wǎng)絡(luò)攝像頭上識(shí)別人臉。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)通常用于機(jī)器人、游戲和導(dǎo)航。有了它，算法通過(guò)嘗試和錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)，哪些行為會(huì)帶來(lái)更大的回報(bào)。這種類(lèi)型的學(xué)習(xí)有三個(gè)主要組成部分：代理(學(xué)習(xí)者或決策者)、環(huán)境(代理與之交互的所有內(nèi)容)和行動(dòng)(代理可以做什么)。目標(biāo)是讓代理選擇在給定時(shí)間段內(nèi)最大化預(yù)期回報(bào)的行動(dòng)。如果代理遵循一個(gè)好的政策，可以更快地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，強(qiáng)化學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是找出最佳策略。
數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)之間有什么區(qū)別?
雖然所有這些方法都有相同的目標(biāo)，提取可用于決策的見(jiàn)解、模式和關(guān)系，但它們具有不同的方法和功能。
數(shù)據(jù)挖掘可以被視為從數(shù)據(jù)中提取洞察力的許多不同方法的超集。它可能涉及傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法和機(jī)器學(xué)習(xí)。數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用來(lái)自多個(gè)區(qū)域的方法來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)中先前未知的模式。這可能包括統(tǒng)計(jì)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本分析、時(shí)間序列分析和其他分析領(lǐng)域。數(shù)據(jù)挖掘還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作的研究和實(shí)踐。
通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，目的是了解數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。因此，統(tǒng)計(jì)模型背后有一個(gè)理論是經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)證明的，但這要求數(shù)據(jù)也滿(mǎn)足某些假設(shè)。機(jī)器學(xué)習(xí)是從使用計(jì)算機(jī)檢查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力發(fā)展而來(lái)的，即使人們不知道這種結(jié)構(gòu)是什么樣子的。機(jī)器學(xué)習(xí)模型的測(cè)試是新數(shù)據(jù)中的驗(yàn)證錯(cuò)誤，而不是證明空假設(shè)的理論測(cè)試。由于機(jī)器學(xué)習(xí)通常使用迭代的方法從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，因此可以輕松地自動(dòng)學(xué)習(xí)。這些步驟通過(guò)數(shù)據(jù)執(zhí)行，直到找到一個(gè)可靠的標(biāo)準(zhǔn)。
深度學(xué)習(xí)結(jié)合了計(jì)算能力的進(jìn)步和特殊類(lèi)型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以學(xué)習(xí)大量數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式。深度學(xué)習(xí)技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，用于識(shí)別圖片中的對(duì)象和語(yǔ)音中的單詞。研究人員正在嘗試將模式識(shí)別方面的成功應(yīng)用于更復(fù)雜的任務(wù)，例如機(jī)器翻譯、醫(yī)療診斷以及許多其他社會(huì)和企業(yè)問(wèn)題。
盡管人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的概念早已出現(xiàn)，但它們開(kāi)始成為主流應(yīng)用的一部分。但是，現(xiàn)在仍處于起步階段。如果人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)有用并且令人印象深刻，當(dāng)?shù)玫礁玫挠?xùn)練和改進(jìn)時(shí)，其實(shí)施將會(huì)更加有效。
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