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3. ML机器学习

article 2025/1/13 20:37:34

     

1.人工智能与机器学习的关系

       机器学习是人工智能的一个重要分支，是人工智能的一个子集。它无需显式编程，而是通过数据和算法使机器能够自动学习和改进，从而实现智能行为。机器学习依赖于算法来识别数据中的模式，并通过这些模式做出预测或决策。

       机器学习是实现人工智能的一种手段，但AI不仅仅局限于机器学习，还包括许多其他方法和技术，比如专家系统、规则推理、搜索算法、自然语言处理等多种技术。

2.机器学习的几种技术

1. 监督学习（Supervised Learning）
  • 定义：监督学习是一种从标注数据中学习的方式。在监督学习中，训练数据包括输入和对应的正确输出标签，算法通过学习这些数据之间的关系来进行预测。监督学习的任务主要是分类和回归(预测)。
  • 应用场景：
    • 分类问题：例如，垃圾邮件分类（将邮件分为“垃圾邮件”和“非垃圾邮件”）。
    • 回归问题：例如，房价预测（根据特征如面积、位置等预测房屋价格）。
  • 常见算法：
    • 线性回归（Linear Regression）
    • 逻辑回归（Logistic Regression）
    • 支持向量机（SVM）
    • 决策树（Decision Trees）
    • 随机森林（Random Forests）
    • k最近邻（K-Nearest Neighbors, KNN）
    • 神经网络（Neural Networks）
2. 无监督学习（Unsupervised Learning）
  • 定义：无监督学习是一种学习方式，其中训练数据没有标签，模型只能根据输入数据的特征发现隐藏的结构或规律。
  • 应用场景：
    • 聚类问题：例如，顾客分群（将顾客按照购买行为或兴趣分为不同的群体）。
    • 降维问题：例如，特征选择和数据压缩（通过降维减少数据的复杂性，如主成分分析 PCA）。
  • 常见算法：
    • K均值聚类（K-Means Clustering）
    • 层次聚类（Hierarchical Clustering）
    • DBSCAN
    • 自编码器（Autoencoders）
    • 主成分分析（PCA）
    • 独立成分分析（ICA）
3. 半监督学习（Semi-supervised Learning）
  • 定义：半监督学习介于监督学习和无监督学习之间。它使用少量标注数据和大量未标注数据来训练模型，来提高学习的准确性。通常，标注数据较难获得或成本较高，而未标注数据较为容易获得。
  • 应用场景：
    • 图像分类：当手动标注每张图片成本很高时，可以用少量标注数据配合大量未标注数据进行训练。
    • 文本分类：用于一些大型数据集，其中标注样本很少，但未标注数据非常丰富。
  • 常见算法：
    • 基于生成模型的算法（例如，生成对抗网络 GANs）
    • 图模型（如图卷积网络 GCN）
    • 自训练（Self-training）
    • 协同训练（Co-training）
4. 强化学习（Reinforcement Learning, RL）
  • 定义：强化学习是一种通过与环境交互、试错学习的方式来让智能体（Agent）学习如何采取行动并获得最大回报的技术。在这种学习中，模型并不是通过标注数据来学习，而是根据环境给予的反馈信号（奖励或惩罚）来优化其行为策略，最大化长期回报。适用于动态决策或控制。
  • 应用场景：
    • 游戏智能：例如，AlphaGo通过强化学习与自己对弈，学会了围棋的高阶技巧。
    • 自动驾驶：自动驾驶系统通过与环境互动，不断学习如何做出最优驾驶决策。
    • 机器人控制：例如，机器人通过不断尝试、失败和优化来学习如何完成任务（如抓取物体）。
  • 常见算法：
    • Q学习（Q-learning）
    • 深度Q网络（Deep Q-Network, DQN）
    • 策略梯度方法（Policy Gradient）
    • Proximal Policy Optimization（PPO）
    • Actor-Critic方法
5. 自监督学习（Self-supervised Learning）
  • 定义：自监督学习是一种特殊形式的无监督学习，其中模型通过数据本身的部分信息来生成标签，从而进行训练，获取对数据的更深入理解。自监督学习的目标是通过创造预任务（预训练任务）让模型学习有用的表示。
  • 应用场景：
    • 自然语言处理：例如，BERT和GPT等预训练语言模型通过自监督学习从大量文本中学习语言表示。
    • 图像处理：例如，使用图像的部分信息预测其他部分（例如，通过遮挡部分图像来预测被遮挡的区域）。
  • 常见算法：
    • BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）
    • GPT（Generative Pre-trained Transformer）
    • SimCLR（Simple Contrastive Learning）
6. 迁移学习（Transfer Learning）
  • 定义：迁移学习是一种利用已经在其他任务或领域上训练好的模型（或者部分模型参数）来加速当前任务学习的方法。它特别适用于目标任务的数据较少的情况下。
  • 应用场景：
    • 图像分类：例如，使用在ImageNet上预训练的模型（如ResNet或VGG），然后通过迁移学习应用于医学图像分类。
    • 自然语言处理：例如，BERT和GPT等预训练语言模型可迁移到不同的文本分类任务上。
  • 常见算法：
    • Fine-tuning（微调）
    • 领域自适应（Domain Adaptation）

  7. 深度学习（Deep Learning）
  • 定义：深度学习是一种基于多层神经网络的机器学习方法，具有自动从数据中学习特征的能力。深度学习通常涉及大规模的数据和复杂的网络结构，能够在图像、语音、文本等领域表现出强大的性能。
  • 应用场景：
    • 计算机视觉：如图像分类、目标检测、人脸识别等。
    • 自然语言处理：如机器翻译、情感分析、语音识别等。
    • 语音识别与合成：如语音助手、自动语音转写等。
  • 常见算法和架构：
    • 卷积神经网络（CNN）
    • 循环神经网络（RNN）
    • 长短期记忆网络（LSTM）
    • 生成对抗网络（GAN）
    • 变分自编码器（VAE）
    • Transformer和BERT、GPT等预训练语言模型

       以上这些是常见的机器学习的技术，但随着技术的发展，还有很多新的技术在不断涌现。对于复杂应用，一般是几种技术综合使用。


http://www.kler.cn/a/501229.html

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