机器学习与神经网络概念学习

神经网络是进行机器学习的方式之一,也是目前使用最广泛的方式。
机器学习的目的是根据已有的数据来预测未知的结果。
通过已有的数据建立模型,在模型下进行预测,模型的可靠性决定预测结果的准确率。

如何建立更优的模型,是机器学习主要关注的问题。
神经网络模拟人脑处理数据的过程,将数据作为输入,每一层对数据的处理类比为神经元之间信息的加工传递。

当使用机器学习来解决具体任务时,机器并不了解原始数据的哪几项特征对于预测有效。一般需要对数据预处理,将干扰信息除去;提取有效特征;对特征进行再加工,降维或升维。

对于不同特征,它对于结果的影响有大有小,用权重w表示。
对于一组特征值的输入,其结果是否有效,需要一个统一标准来衡量;举个例子:a认为70分是优秀,而b认为70分是良好,需要统一标准来衡量判断标准70分。这在神经网络中用偏差值b来表示,反应了阈值高低。
预测结果与真实值存在差异,差异的大小用损失函数来进行计算。基本的损失函数有0-1函数(即非黑即白);也有平方损失函数,对两者差值进行计算。无论何种损失函数,其目的都是用来衡量模型与真实值的差异。
参数:参数是模型定义的变量,体现为模型使用的标准。比如,参数规定几个数据分为一组;规定迭代次数;规定每次移动的步长等等。
超参数:可以理解为参数的参数,控制模型参数分布的参数。

通过机器学习获得的模型,是在训练数据中最优解的一组解。在寻找最优解的过程中,有许多算法。比如基于贪心的梯度下降法(每次向最快下降的方向移动)

偏差:是指一个模型总体和最优的差异。(大方向准不准)
方差: 是指不同训练集间的差异,可以用来衡量一个模型是否容易过拟合(小部队齐不齐)
当偏差较大时,是模型出了问题,可以增加特征,提高复杂度修改模型
当方差较大时,是拟合出了问题,可以降低模型复杂度

机器学习算法:

监督式学习:
每个样本都有标签,说明了特征与结果的关系
无监督学习:
没有标签,自动学习有效信息
强化学习:
交互式进行学习,不需要对输入输出明显规定

激活函数:
不使用激活下,比如y=aw+b 其结果是线性的,在二维表示中为一条直线
激活函数对于输出结果进行处理。
对于线性计算的结果,通过激活函数将其映射到对应点,在二维中表示为一条曲线。可以理解为将直线进行扭曲。

梯度与方向导数:
方向导数:函数沿某一方向的变化快慢
梯度:一个向量,其方向上的方向导数最大,某一点梯度的模等于该点的最大方向导数

正向模式与反向模式:
优化算法中,寻求最优解需要计算梯度,一般采用链式求导法则进行计算,
正向传播自下向上进行计算,即先计算第一层再计算第二层,再计算第三层,最后得到结果。
反向模式:先通过正向遍历计算图求出每个节点的值,然后通过反向遍历整个图,计算出每个节点的偏导

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