机器学习概述

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2023-12-01

机器学习是人工智能的一个分支，它是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问。机器学习的精确定义为：

It’s a computer program learning from experience E with respect to some task T and some performance measure P, if its performance on T as measured by P, improves with E : Tom Mitchell 1998

机器学习已广泛应用于数据挖掘、计算机视觉、自然语言处理、生物特征识别、搜索引擎、医学诊断、检测信用卡欺诈、证券市场分析、DNA 序列测序、语音和手写识别、战略游戏和机器人等领域。

机器学习算法

(图片来自 blogs.sas.com)

机器学习算法分类

按学习的方式来划分，机器学习主要包括：

监督学习：输入数据带有标签。监督学习建立一个学习过程，将预测结果与 “训练数据”（即输入数据）的实际结果进行比较，不断的调整预测模型，直到模型的预测结果达到一个预期的准确率，比如分类和回归问题等。常用算法包括决策树、贝叶斯分类、最小二乘回归、逻辑回归、支持向量机、神经网络等。
非监督学习：输入数据没有标签，而是通过算法来推断数据的内在联系，比如聚类和关联规则学习等。常用算法包括独立成分分析、K-Means 和 Apriori 算法等。
半监督学习：输入数据部分标签，是监督学习的延伸，常用于分类和回归。常用算法包括图论推理算法、拉普拉斯支持向量机等。
强化学习：输入数据作为对模型的反馈，强调如何基于环境而行动，以取得最大化的预期利益。与监督式学习之间的区别在于，它并不需要出现正确的输入 / 输出对，也不需要精确校正次优化的行为。强化学习更加专注于在线规划，需要在探索（在未知的领域）和遵从（现有知识）之间找到平衡。

按照功能来划分，机器学习主要包括：

回归算法
- 线性回归
- 逻辑回归
- 多元自适应回归（MARS）
- 本地散点平滑估计（LOESS）
基于实例的学习算法
- K - 邻近算法（kNN）
- 学习矢量化（LVQ）
- 自组织映射算法（SOM）
- 局部加权学习算法（LWL）
正则化算法
- 岭回归（Ridge Regression）
- LASSO（Least Absolute Shrinkage and Selection Operator）
- Elastic Net
- 最小角回归（LARS）
决策树算法
- 分类和回归树（CART）
- ID3 算法 (Iterative Dichotomiser 3)
- C4.5 和 C5.0
- CHAID（Chi-squared Automatic Interaction Detection(）
- 随机森林（Random Forest）
- 多元自适应回归样条（MARS）
- 梯度推进机（Gradient Boosting Machine， GBM）
贝叶斯算法
- 朴素贝叶斯
- 高斯朴素贝叶斯
- 多项式朴素贝叶斯
- AODE（Averaged One-Dependence Estimators）
- 贝叶斯网络（Bayesian Belief Network）
基于核的算法
- 支持向量机（SVM）
- 径向基函数（Radial Basis Function ，RBF)
- 线性判别分析（Linear Discriminate Analysis ，LDA)
聚类算法
- K - 均值
- K - 中位数
- EM 算法
- 分层聚类
关联规则学习
- Apriori 算法
- Eclat 算法
神经网络
- 感知器
- 反向传播算法（BP）
- Hopfield 网络
- 径向基函数网络（RBFN）
深度学习
- 深度玻尔兹曼机（DBM）
- 卷积神经网络（CNN）
- 递归神经网络（RNN、LSTM）
- 栈式自编码算法（Stacked Auto-Encoder）
降维算法
- 主成分分析法（PCA）
- 主成分回归（PCR）
- 偏最小二乘回归（PLSR）
- 萨蒙映射
- 多维尺度分析法（MDS）
- 投影寻踪法（PP）
- 线性判别分析法（LDA）
- 混合判别分析法（MDA）
- 二次判别分析法（QDA）
- 灵活判别分析法（Flexible Discriminant Analysis，FDA
集成算法
- Boosting
- Bagging
- AdaBoost
- 堆叠泛化（混合）
- GBM 算法
- GBRT 算法
- 随机森林
其他算法
- 特征选择算法
- 性能评估算法
- 自然语言处理
- 计算机视觉
- 推荐系统
- 强化学习
- 迁移学习