机器学习快速入门（一）

机器学习快速入门（一）

1.在机器学习算法中，按照学习方式大致可以分为四大类，分别是监督学习、半监督学习、无监督学习和强化学习。

2.监督学习是利用一组带标签的数据集，学习从输入到输出关系的映射关系f，然后将学习到的映射关系f应用到未知的数据上，用于预测未知数据的类别或数值。常见的有分类问题：预测的标签是离散的类别和回归问题：预测的标签是连续数值类型。

3，基于监督学习有这么一句话：数据和特征决定了机器学习的上限，模型和算法只是逼近这个上限。

4.半监督学习是输入的数据有少量的标签，进行学习，学习的目的就是在这些未标记的数据中获得最优的泛化性能。

5.无监督学习就是学习的数据没有任何标签，包括关联规则分析、数据降维、聚类算法、词嵌入。

关联规则：啤酒和纸尿裤

降维算法：主成分分析（PCA），奇异值分解，他们在最大限度的保留数据内部信息同时，将数据从高维到低维，便于数据的计算和可视化。

聚类算法：K-means、基于密度的DBSCAN聚类、基于层次聚类算法等，将数据划分为不同的簇。

6.强化学习的思想源于心理学的研究，学习智能体提高和改善其性能的过程，能够学习是计算机程序具有智能的基本标志。在给定情景下，得到奖励的行为会被“强化”，而受到惩罚的行为会被“弱化”。

7.数据的标准化和数据正则化

数据标准化也叫归一化。常见的数据标准有Z-Score,和Min-Max.

Score要计算数据的均值和标准差，利用均值和标准差将数据集转化为均值为0、方差为1的分布。 

使用pytorch产生一个序列，然后用Z-Score来进行归一化处理

import torch
import matplotlib.pyplot as plt

data1=torch.randint(10,100,(2,100)).float()
data2=(data1-data1.mean())/data1.std()
plt.plot(data1[0].numpy(),data1[1].numpy(),'y*')
plt.figure()#创建新的画布
plt.plot(data2[0].numpy(),data2[1].numpy(),'r.')

 另一种数据标准化常用的方法是Min-Max

 

#Min-Max归一化处理
data3=(data1-data1.min())/(data1.max()-data1.min())
plt.plot(data3[0].numpy(),data3[1].numpy(),'g.')

另一个容易与数据标准化相混淆的概念是数据正则化，数据正则化与数据标准化最大的区别是：数据标准化针对的是列数据，数据正则化针对的是行数据。

数据正则化也叫特征正则化，使用p-norm范数对每行数据进行相应的转换。一般用2范数进行处理。

tmp_data=[
    [1.0,0.5,-1.0],
    [2.0,1.0,1.0],
    [4.0,10.0,2.0]
]
data4=torch.Tensor(tmp_data)
data4

 

data4/(data4.pow(2).sum(dim=1).pow(1/2).unsqueeze(1))

 

 从正则化的结果来看，特征之间的差别性没有正则化之前那么大，而且正则化之后的数据无量纲。通常，进行特征的正则化处理会为模型带来性能上的提升。

8.交叉验证

模型有很多技巧，核心思想是用一部分数据训练模型，然后再另一部分数据上进行验证，这种思想被称为交叉验证。

下面介绍三种交叉验证的方法：

（1）简单交叉验证：简单交叉验证就是从全部的数据S中随机选择S个样本作为训练集train,剩下的数据作为测试集test,在训练集train上训练模型，并在测试集test上进行测试，预测每条测试数据的标签，最后通过预测标签和真实标签计算分类的正确率。

train_test_split是由sklean的model_selection提供，可以对数据集进行划分。

(2)K折交叉验证：K折交叉验证将全部数据集划分成K个不相交的子集，每次从K个子集中选出一个作为测试集，剩下的作为验证集。

(3)留一法。留一法是每次只保留一个样本作为测试集，其他样本作为训练集。如果有K个样本，则需要训练K次。留一法计算最繁琐，但样本利用率最高，适合于小样本的情况。

9.过拟合和欠拟合

     在数据科学中，有的模型效果好但是容易过拟合，有的模型效果差学习不到数据之间的规律。

    欠拟合：一句话就是模型不懂数据，“你不懂我”

   过拟合：一句话就是模型太懂数据，“失去了自我”