机器学习介绍
机器学习：让机器去学习
机器学习面对的是高度不确定的世界中的问题
1. 举一个栗子
e.g. 传统垃圾邮件分类问题
传统解决思路：设定规则， 定义“垃圾邮件”， 让计算机去执行规则。
问题：对很多问题规则难以定义，比如识别一只猫或人脸识别。且规则总在不断变化。
新思路：借鉴人类学习的过程，资料->学习归纳总结->知识经验积累->对类似问题做出正确反应
机器学习：
model即f(x)
2. 机器学习的大分类
机器学习的应用：
搜索引擎根据输入的部分关键字联想出你最可能想搜索的内容
浏览商品时，最有可能购买的商品
可能喜欢的音乐，图书，文章
语音识别，人脸识别
医疗诊断，市场分析，金融领域
无人驾驶
宇宙探索，药物研发
标准1：
监督学习supervised learning
训练数据有标记或答案
- 分类任务classification
- 二分类：不是a就是b。e.g. 判断是猫还是狗。银行是否给客户发放信用卡。
- 多分类：多个种类中选一个。e.g.手写数字识别。银行对客户进行信用评级。
一些复杂任务可转换为分类任务，如无人车任务，时刻在方向盘各种角度和刹车/油门深浅的组合中选一个。
-
- 多标签分类：一个东西可属于多个类别。如一张图片既分类到海景又分类到动物。（海边小猫图哈哈）
-
回归任务regression，结果是一个连续数字的值而非类别。
- 如房屋/股票价格，学生成绩。
一些回归问题可以被看成分类问题 --> 将连续数值划分区间成一个个类别。
算法：k近邻，线性回归，多项式回归，逻辑回归，SVM，决策树和随机森林。
非监督学习unsupervised learning
训练数据无标记
- 聚类分析cluster：对无标记数据分类
- 数据降维
- 特征提取：将与结果无关的特征扔掉
- 特征压缩：PCA，尽量少损失信息将高维压成低维->1）提高效率不影响准确率。 2）方便可视化
有时特征间的关联特别强，如上图中所有的点都有一个整体的趋势。可将这些点用红线涵盖。此时则将二维压缩为了一维。
- 异常检测，将与一般数据点相差甚远的点去掉。（还是cluster的思想）
半监督学习semi-supervised learning
一部分数据有标记，另一部分没 --> 现实中更常见，因各种原因缺失数据。
通常先用无监督学习处理数据（使无标签数据因与有标签数据一类而获得标签），再用监督学习手段训练模型做预测。
增强学习reinforcement learning
采取行动->获得反馈(奖赏或惩罚)->改进算法(Agent)->...
通过一轮一轮的行动->反馈的循环中来调整Agent增强自己的智能。
如AlphaGo，机器人，无人驾驶。
标准2：
- 批量学习batch learning/offline learning
- 特点：1）先准备好训练数据，2）模型后续不会再根据新数据来自我优化
- 优：简单
- 缺：如何适应环境变化？ -> 问题自身在不断变化。
- 解：定期更新数据库，重新批量学习
- 又缺：1）每次重新，运算量巨大。2）环境变化太快，重训练模型跟不上，如股市每分每秒都在变换
- 需：及时将新数据用于改进模型
- 在线学习online learning
-
- 优：及时跟上环境变化，也适用于数据量太大无法批量学习的环境->一小批小批不断喂给模型
- 缺：新数据带来不好变化？ -> 不正常数据
- 解：加强对数据的监控
标准3：
- 参数学习，一旦学到了参数就不再需要原来数据集。如线性回归，假定y=ax+b，求a，b参值。
- 非参数学习，不对模型进行过多假设。非参学习不代表没参数！
3. 数据
数据集data set：数据整体
样本sample：每一行数据
特征feature：每一列数据
标记label：分类
第i个样本：i行；第j个特征值：j列。大写字母表示矩阵(如X)，小写字母表示向量(如y)
每一行也是一个向量，称作特征向量X(i)。
行向量：1*n，1行n列
列向量：n*1，n列1行
在数学中通常将向量表示为列向量。因此特征向量X(i)表示为如下形式：
因此上表可表示成如下形式，X(1)T即表示原表中第一行数据：
特征空间feature space：由各种特征构成的n维空间（一维到n维），分类任务的本质即切分特征空间。（不同的切分方法即不同机器学习算法的由来）。
tip：有时在高维空间中思考问题太复杂可将其先降到低维空间可视化，得到解决办法再推广到高维空间。难问题拆解为小问题。
特征并不总是很直观，也可以很抽象，如图像的每一个像素点，一个28*28的图=784个特征。
ref:https://github.com/liuyubobobo/Play-with-Machine-Learning-Algorithms
