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深入浅出周志华机器学习理论

一、机器学习概述

机器学习是一门研究如何让计算机从数据中学习,并利用学习到的知识进行预测或决策的学科。周志华教授在书中指出,机器学习主要分为监督学习、无监督学习和半监督学习三种类型。

监督学习:通过已知的输入和输出数据,训练模型,使其能够对未知数据进行预测。

无监督学习:通过分析未标记的数据,寻找数据中的规律和模式。

半监督学习:结合监督学习和无监督学习,利用少量标记数据和大量未标记数据来训练模型。

二、特征选择与稀疏学习

特征选择是机器学习中的一个重要步骤,旨在从原始特征中挑选出对模型性能有显著影响的特征子集。周志华教授在书中介绍了多种特征选择方法,包括:

子集搜索与评价:通过穷举搜索所有可能的特征子集,并评估其性能,选择最优子集。

过滤式选择(Relief):根据特征对分类的贡献程度进行排序,选择贡献度高的特征。

包裹式选择(LVW):在子集搜索的基础上,考虑特征之间的相互关系,选择最优特征子集。

嵌入式选择与正则化:在模型训练过程中,通过正则化项来控制特征数量,实现特征选择。

稀疏表示与字典学习:通过学习稀疏表示,将原始特征转换为更简洁的特征子集。

压缩感知:利用稀疏性原理,从压缩后的数据中恢复原始信号。

三、神经网络

神经网络是机器学习中的一个重要分支,它通过模拟人脑神经元之间的连接,实现复杂的非线性映射。周志华教授在书中介绍了多种神经网络模型,包括:

感知机与多层网络:感知机是最简单的神经网络模型,多层网络则通过增加隐含层来提高模型的表达能力。

BP(误逆差)神经网络算法:BP算法是一种常用的神经网络训练方法,通过反向传播误差来更新网络权重。

常见的神经网络:包括RBF网络、ART网络、SOM网络、级联相关网络、Elman网络和Boltzmann机等。

全局最小与局部最小:神经网络训练过程中,可能陷入局部最小值,影响模型性能。

深度学习:深度学习是神经网络的一种扩展,通过增加网络层数来提高模型的表达能力。

四、线性模型

线性模型是机器学习中的基础模型,它通过属性的线性组合来进行预测。周志华教授在书中介绍了线性模型的基本原理和应用,包括:

线性回归:通过学习线性模型,预测连续值。

广义线性模型:将预测连续值的回归问题转化为分类问题。

对数几率回归:用于处理多分类问题。

线性判别分析(LDA):将样本点进行投影,实现多分类问题。

五、决策树

决策树是一种常用的监督学习算法,它通过树状结构来模拟决策过程。周志华教授在书中介绍了决策树的基本概念