【机器学习】李宏毅——机器学习基本概念简介

机器学习就是找到一个我们人类无法写出来的函数来完成各种任务

机器学习的任务

回归Regression：输出是一个数值

例如：预测未来某一个时间PM2.5数值

分类Classification：输出是选项

例如：输出是否是电子邮件，Alphago输出为棋盘的某一个位置

结构化学习Structured Learning：产生一个有结构的物件，例如产生一篇文章，写一段文字

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机器学习的步骤

Step1、写出一个带有未知参数的函数表达式（Function with Unknown Parameters）：选用一个可能的函数表达式(Model)来表达输入与输出的关系，其中的未知参数称为domain knowledge

Step2、Define Loss from Training Data：Loss是关于未知参数的函数

​ mean absolute error(MAE)：就是采用预测值和标签相减绝对值的方式来象征误差

​ mean square error(MSE)：就是采用平方差的方式来象征误差

Step3、求解minL，例如gradient descent梯度下降，其中自己设定的参数（例如学习率）成为hyperparameters，还有local minima和global minima（局部最小和全局最小）

Step4、通过对真实数据的观测，对原有的函数式子进行修改，例如增加周期性或者波动什么的，可能会更加景区

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Model Bias：由模型本身带来的限制或者误差，例如线性函数对于非线性的模型的学习始终不够好

例如上图，对于复杂的函数都可以用一个常数加上很多个蓝色函数来构成，而就算是非线性

也可以通过取足够多的点来逼近，从而应用上述方法，因此最关键的就是蓝色函数如何表达，因此有了蓝色函数我们就可以拟合我们希望得到的任何函数

因此就可以引入sigmoid函数，用于逼近我们想要的上方蓝色函数，而各式各样的蓝色函数就是通过调整w,b,c从而改变它的形状达到我们的要求

因此，我们就可以将线性函数转换为具有更多特征的函数，可以拟合各式各样复杂的函数

引入神经网络：

用\(\theta\)向量来代表全部的参数构成的向量

因此就可以将这个函数重新代入上述机器学习步骤的Step1，作为我们需要预测的函数

同样利用梯度下降的方式来进行。

由于训练集有可能过大，那么可以对训练集进行划分：

每次update都是对一个batch（一部分训练集）去进行梯度下降（因为梯度下降的计算之中肯定需要计算样本的求和，不同训练集就会导致计算结果不一样），所有训练集过完就是一次epoch

Sigmoid也可以更换：

两个ReLU函数叠加就形成了上图那一个的函数形状，而由于每一个sigmoid需要两个ReLU，因此那里是2i

引入神经元的层数，就是上述过程再进行迭代：

那么每一个Sigmoid或者ReLU就是一个Neuron，整体就称为Neural Network

也可以每一个称为hidden layer，那么整体就是Deep Network

层次越深越好吗？并不是的，可能会出现overfitting，就是过拟合的问题，在测试集上更差

但是需要思考，为什么要弄得很多层，一层然后非常多的layer不是也可以表达任何一个函数的形状吗？