第一章 机器学习 引言_机器学习需要显著吗

一、机器学习定义

定义1：

机器学习是这样的领域，它赋予计算机学习的能力（这种学习的能力）不是通过显著式编程获得的。
Machine Learning is Fields of study that gives computers the ability to learn without being explicitly programmed.
非显著式编程：让计算机自己总结规律的编程方法。

定义2：

一个计算机程序被称为可以学习，是指它能够针对某个任务T和某个性能指标P，从经验E中学习。这种学习的特点是，它在T上的被P所衡量的性能，会随着经验E的增加而提高。
例：计算机识别花卉类别
任务T：编写计算机程序识别菊花和玫瑰
经验E：一大堆菊花和玫瑰的图片
性能指标P:不同机器学习算法会有不同，识别率（Recognition Rate）为例，识别的正确率。
机器学习是针对识别玫瑰和菊花这样的任务，构造某种算法。这种算法的特点是，当训练的菊花和玫瑰的图片越来越多的时候，即E越来越多，P识别率也会越来越高。

思考题：给出经验E与性能指标P
1、教计算机下棋
2、垃圾邮件识别，教计算机自动识别某个邮件是垃圾邮件
3、人脸识别，教计算机通过人脸的图像识别这个人是谁
4、无人驾驶，教计算机自动驾驶汽车从一个指定地点到另一个指定地点

二、机器学习分类

根据任务是否需要和环境交互获得经验，可以分为监督学习和强化学习，但是不绝对，二者有时存在交叉。

监督学习（Supervised Learning）

所有的经验E都是人工采集并输入进计算机的，我们把这一类输入计算机训练数据，同时加上标签的机器学习。
监督学习可以根据标签存在与否，分为以下几类
（1）传统的监督学习：每一个训练数据都有对应的标签

（2）非监督学习：所有的训练数据都没有对应的标签

（3）半监督学习：训练数据一部分有标签，一部分没有标签

监督学习可以根据标签的固有属性，分为
（1）分类：标签是离散的值
（2）回归：标签是连续的值
其实分类和回归的界限非常模糊，连续<–>离散

强化学习（Reinforcement Learning）

计算机通过与环境的互动，逐渐强化自己的行为模式。

三、机器学习算法过程

1：特征提取、特征选择
通过训练样本获得的，对机器学习任务有帮助的多维度数据。
机器学习不是研究提取特征，而是假设在以及提取好特征的前提下，如何构造算法获得更好的性能指标。但是特征提取非常重要，提取到了好的特征，也能获得不错的性能。
不同的算法对特征空间做不同的划分，获得不同的结果。研究不同应用场景下应该采取哪种算法，以及研究生新的机器学习算法以便适应新的场景。

四、没有免费午餐定理

任何一个预测函数，如果在一些训练样本上表现好，那么必然在另一些训练样本上表现不好，如果不对数据在特征空间的先验分布有一定假设，那么表现好与不好情况将会一样多。
如果不对特征空间的先验分布有假设，那么所有算法的表现都一样。
机器学习的本质是，利用有限的已知数据，在复杂的高维特征空间中，预测未知的样本。

五、课后习题

1：给人脸打上标签再让模型进行学习训练的方法，属于（C）
A. 无监督学习
B.强化学习
C.监督学习
D.半监督学习

2:机器学习进行的第一步是（A）
A.特征提取
B.数据收集
C.交叉验证
D.模型训练

3.一般来说，在机器学习中，用计算机处理一幅图像，维度是（C）
A.三维
B.一维
C.上万维
D.二维

4.在“没有免费午餐定理”的时候，我们假设以上每一种情况出现的概率相同，请问这样的假设是基于如下哪种经验（B）
A.常识经验
B.无经验
C.学习经验
D.实践经验

5.在本课程中，我们把机器学习分成了哪几类（A B D）
A.半监督学习
B.传统监督学习
C.自监督学习
D.无监督学习

6.以下哪种算法是非显著式编程（B D）
A.编程统计一个地区的GDP
B.编程实现扫地机器人的路径规划
C.编程求解棋盘上八皇后问题
D.编程判断医疗CT片中的病变区域

7.下面哪种机器学习的分类，完全不需要人工标注数据（C D）
A.监督学习
B.半监督学习
C.无监督学习
D.强化学习

8.以下哪种算法是无监督学习算法（B C）
A.Q-LEARNING
B.主成分分析
C.空间聚类
D.支持向量机

9.以下哪些算法是监督学习算法（A B）
A.人工神经网络
B.支持向量机
C.ACTOR-CRITIC算法
D.高斯混合模型概率密度估计

10.机器学习中E、 T 、P分别表示（B C D）
A.Performance
B.Experience
C.Performance Measure
D.Task

六、讨论题

（1）举出其他监督学习、无监督学习、强化学习的例子
（2）说一下非显著式编程的优势
（3）既然没有免费的午餐定理成立，不管是机器还是人，为什么都还要学习