数据科学、神经网络、机器学习完全图解

这是一份非常详实的备忘单,涉及具体内容包括:

  1. 神经网络基础知识
  2. 神经网络图谱
  3. 机器学习基础知识
  4. 著名 Python 库 Scikit-Learn
  5. Scikit-Learn 算法
  6. 机器学习算法选择指南
  7. TensorFlow
  8. Python 基础
  9. PySpark 基础
  10. Numpy 基础
  11. Bokeh
  12. Keras
  13. Pandas
  14. 使用 Pandas 进行Data Wrangling
  15. 使用 dplyr 和 tidyr 进行 Data Wrangling
  16. SciPi
  17. MatPlotLib
  18. 使用 ggplot 进行数据可视化
  19. Big-O
神经网络 Cheat Sheet
神经网络 Cheat Sheet

第一部分:神经网络

神经网络基础知识
神经网络基础知识

神经网络基础知识

人工神经网络(ANN),俗称神经网络,是一种基于生物神经网络结构和功能的计算模型。 它就像一个人工神经系统,用于接收,处理和传输计算机科学方面的信息。

神经网络
神经网络

基本上,神经网络中有 3 个不同的层:

  • 输入层(所有输入都通过该层输入模型)
  • 隐藏层(可以有多个隐藏层用于处理从输入层接收的输入)
  • 输出层(处理后的数据在输出层可用)

神经网络图谱

神经网络图谱
神经网络图谱

图形数据可以与很多学习任务一起使用,在元素之间包含很多丰富的关联数据。例如,物理系统建模、预测蛋白质界面,以及疾病分类,都需要模型从图形输入中学习。图形推理模型还可用于学习非结构性数据,如文本和图像,以及对提取结构的推理

第二部分:机器学习

机器学习 Cheat Sheet
机器学习

用 Emoji 解释机器学习

用 Emoji 解释机器学习
用 Emoji 解释机器学习

Scikit-Learn 基础

Scikit-learn 是由 Python 第三方提供的非常强大的机器学习库,它包含了从数据预处理到训练模型的各个方面,回归和聚类算法,包括支持向量机,是一种简单有效的数据挖掘和数据分析工具。在实战使用scikit-learn 中可以极大的节省代码时间和代码量。它基于 NumPy,SciPy 和 matplotlib 之上,采用 BSD许可证。

Scikit-Learn 基础
Scikit-Learn 基础

Scikit-Learn 算法

这张流程图非常清晰直观的给出了 Scikit-Learn 算法的使用指南。

Scikit-Learn 算法
Scikit-Learn 算法

针对 Azure Machine Learning Studios 的 Scikit-Learn 算法

针对 Azure Machine Learning Studios 的 Scikit-Learn 算法
针对 Azure Machine Learning Studios 的 Scikit-Learn 算法

第三部分:Python 数据科学

Python
Python

TensorFlow

 

 

 

TensorFlow
Python 基础

 

Python 基础
Python 基础

PySpark RDD 基础

Apache Spark 是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎,通过 Scala 语言实现,拥有 Hadoop MapReduce 所具有的优点,不同的是 Job 中间输出结果可以保存在内存中,从而不再需要读写 HDFS,因此 Spark 能更好地适用于数据挖掘与机器学习等需要迭代的 MapReduce 的算法。PySpark 是 Spark  为 Python 开发者提供的  API。

NumPy基础

NumPy 是 Python 语言的一个扩展程序库。支持高端大量的维度数组与矩阵运算,此外也针对数组运算提供大量的数学函数库,前身 Numeric,主要用于数组计算。它实现了在 Python 中使用向量和数学矩阵、以及许多用 C 语言实现的底层函数,并且速度得到了极大提升。

NumPy基础
NumPy基础

Bokeh

Bokeh 是一个交互式可视化库,面向现代 Web 浏览器。目标是提供优雅、简洁的多功能图形构造,并通过非常大或流数据集的高性能交互来扩展此功能。Bokeh 可以实现快速轻松地创建交互式图表、仪表板和数据应用程序。

Bokeh
Bokeh

Keras

Keras 是一个用 Python 编写的高级神经网络 API,它能够以 TensorFlow, CNTK , 或者 Theano 作为后端运行。Keras 的开发重点是支持快速的实验。能够以最小的时延把你的想法转换为实验结果,是做好研究的关键。

Keras
Keras

Pandas

pandas 是一个为 Python 编程语言编写的软件库,用于数据操作和分析,基于 NumPy,纳入了大量库和一些标准的数据模型,提供了高效地操作大型数据集所需的工具。Pandas 提供了大量快速便捷地处理数据的函数和方法。

Pandas
Pandas

使用 Pandas 进行 Data Wrangling

使用 Pandas 进行 Data Wrangling

使用Pandas进行Data Wrangling
使用 Pandas进行 Data Wrangling

使用 ddyr 和 tidyr 进行 Data  Wrangling

为什么使用 tidyr 和 dplyr 呢?因为虽然 R 中存在许多基本数据处理功能,但都有点复杂并且缺乏一致的编码,导致可读性很差的嵌套功能以及臃肿的代码。使用 ddyr 和 tidyr 可以获得:

  • 更高效的代码
  • 更容易记住的语法
  • 更好的语法可读性
使用ddyr和tidyr进行Data Wrangling
使用 ddyr和 tidyr进行 Data Wrangling

Scipy 线性代数

SciPy 是一个开源的 Python 算法库和数学工具包。 SciPy 包含的模块有最优化、线性代数、积分、插值、特殊函数、快速傅里叶变换、信号处理和图像处理、常微分方程求解和其他科学与工程中常用的计算。 与其功能相类似的软件还有 MATLAB、GNU Octave 和 Scilab。

Scipy线性代数
Scipy 线性代数

Matplotlib

Matplotlib 是 Python 编程语言及其数值数学扩展包 NumPy 的可视化操作界面。 它为利用通用的图形用户界面工具包,如 Tkinter, wxPython, Qt 或 GTK+ 向应用程序嵌入式绘图提供了应用程序接口(API)。

Matplotlib
Matplotlib

使用 ggplot2 进行数据可视化

使用ggplot2进行数据可视化
使用 ggplot2 进行数据可视化

Big-O

大 O 符号(英语:Big O notation),又稱為漸進符號,是用于描述函数渐近行为的数学符号。 更确切地说,它是用另一个(通常更简单的)函数来描述一个函数数量级的渐近上界。 … 阶)的大 O,最初是一个大写希腊字母 “Ο” (omicron),现今用的是大写拉丁字母 “O”。

Big-O
Big-O

PDF下载(或点击阅读原文链接):
https://cheatsheets.becominghumanai.com/

参考链接:
https://becominghuman.ai/cheat-sheets-for-ai-neural-networks-machine-learning-deep-learning-big-data-science-pdf-f22dc900d2d7

 

 

 

 

 

 

深度学习最常见的 26 个模型 – 含实现代码

本文首先从 4 个方面(张量、生成模型、序列学习、深度强化学习)追踪深度学习几十年的发展史,然后再介绍主流的 26 个深度学习模型。

1. 深度学习发展史

主要按最早研究出现的时间,从 4 个方面来追踪深度学习的发展史。

1.1 张量

  • 1958 年 Frank 提出感知机,但后来被一些学者发现因算力的不足,制约了较大神经网络的计算,导致很长时间发展缓慢。
  • Fukushima 在 1979 年左右提出 Neocognitron,感觉这是卷积和池化的雏形。
  • Hinton 在 1986 年提出反向传播的思想和多层感知机(BPNN/MLP),有非常大的意义,对未来几十年(可以说直到现在)影响深远。
  • 接下来比较重要的发展是,LeCun 在 1998 年提出 LeNet-5,7 层的 CNN 做数字识别。
  • 然后 AlexNet 在 12 年在 ImageNet 夺冠,主要是 CNN+Dropout+Relu,又是 Hinton 极大的带动了 DL 的发展,大佬的地位毋庸置疑。另外相似的还有 15 年的 GoogLeNet。
  • 总算有华人大佬作出大贡献了,16 年何恺明(CV领域应该无人不知)提出 Resnet,还拿了 best paper,影响较大,当然效果也很好。另外相似的还有 17 年的 DenseNet。
  • 17年 Capsule Network 登场了,又是 Hinton。我比较看好胶囊网络在 NLP 领域的发展,虽然现在还没太明显的效果。因为用胶囊网络来做文本的特征表示的话,可以极大的丰富特征,更适合处理文本这种比较灵活的数据

1.2 生成模型

  • 上世纪 80 年代提出 RBM,06 年叠加成 Deep Belief Network(DBN),这算是重新叠加网络的一个比较重要的开始吧。
  • 上世纪 80 年代 Hinton 提出 Auto-Encode,过了较长时间 Bengio 在 08 年提出 Denoise Auto-Encode。Welling 在 13 年提出 Variational Auto-Encode。
  • 接下来,在 14 年 Goodfellow 和 Bengio 等提出 GAN,从此生成网络不仅是 AE 以及其变种(Denoise Auto-Encode、Variational Auto-Encode等)了,可以这么说:GAN 的出现极大的提高了生成模型的地位和热点,GAN 也是席卷 NLP、CV、AI 等领域的各大顶会,甚至是一些 best paper。另外,陆续出现很多很多 GAN 的变种,比如 DCGAN、CGAN、PGGAN、LAPGAN、InfoGAN、WGAN、F-GAN、SeqGAN、LeakGAN 等。

1.3 序列学习

  • 1982 年提出 hopfield network,1997 年 Schmidhuber 提出 LSTM。Hinton 组在 13 年把 RNN 用在语音识别上取得巨大突破,RNN 立马爆火。
  • 03 年提出 LM(语言模型),13 年提出 w2v,佩服 Bengio,这也是我为啥千里迢迢跑去找 Benign 合影的原因之一。w2v 带来的影响不言而喻,目前 NLP 领域基本上所有 Paper 都会用到词向量,包括也影响了后面出现的 Glove、FastText、ELMo( 18 年 2 月)、Transformer( 18 年 6 月)、Bert ( 18 年 10 月提出,Jacob 一战封神,我感觉至少是 18 年 NLP 领域最大的发展,甚至可以说是近几年最大的发展)等。Bert 的出现,很可能改变所有主流 NLP 任务的打法和 Baseline
  • 还有一个分支,14 年出现 Seq2Seq,这个重要性也无需赘述了,NLP 领域的都知道。然后 15 年出现Charater  CNN ,17 年出现 self-attention。

1.4 深度强化学习

  • 提到强化学习就不得不提这 Deep Mind 、AlphaGo 以及其变种、Silve r。13 年提出 Deep Q-learning 15 年提出 Double DQN,16 年提出 Dueling Net。 15 年的 DDPG 和 16 年的 A3C 都是 NN+Policy Gradient,也应用在不少领域。16 年的 AlphaGo(除了 AI 领域,很多不懂AI的人都知道,甚至可以说是 AI 爆火的最大助力),17 年出现更疯狂的 Alpha Zero。

2. 深度学习模型

深度学习模型
深度学习模型

2.1 Feed forward neural networks (FF or FFNN) and perceptrons (P)

前馈神经网络和感知机,信息从前(输入)往后(输出)流动,一般用反向传播(BP)来训练。算是一种监督学习。

前馈神经网络和感知机
前馈神经网络和感知机

对应的代码:

https://github.com/danijar/layered

https://github.com/civisanalytics/muffnn

2.2 Radial basis function (RBF)

径向基函数网络,是一种径向基函数作为激活函数的 FFNNs(前馈神经网络)。

径向基函数网络
径向基函数网络

对应的代码:

https://github.com/eugeniashurko/rbfnnpy

2.3 Hopfield network (HN)

Hopfield 网络,是一种每个神经元都跟其它神经元相连接的神经网络。

Hopfield 网络
Hopfield 网络

对应的代码:

https://github.com/yosukekatada/Hopfield_network

2.4 Markov chains (MC or discrete time Markov Chain, DTMC)

马尔可夫链 或离散时间马尔可夫链,算是 BMs 和 HNs 的雏形。

马尔可夫链
马尔可夫链

对应的代码:

Markov chains:https://github.com/jsvine/markovify

DTMC:https://github.com/AndrewWalker/dtmc

2.5 Boltzmann machines (BM)

玻尔兹曼机,和 Hopfield 网络很类似,但是:一些神经元作为输入神经元,剩余的是隐藏层。

玻尔兹曼机
玻尔兹曼机

对应的代码:

https://github.com/yell/boltzmann-machines

2.6 Restricted Boltzmann machines (RBM)

受限玻尔兹曼机,和玻尔兹曼机 以及  Hopfield 网络 都比较类似

受限玻尔兹曼机
受限玻尔兹曼机

对应的代码:

https://github.com/echen/restricted-boltzmann-machines

2.7 Autoencoders (AE)

自动编码,和 FFNN 有些类似,它更像是 FFNN 的另一种用法,而不是本质上完全不同的另一种架构。

自动编码
自动编码

对应的代码:

https://github.com/caglar/autoencoders/blob/master/ae.py

2.8 Sparse autoencoders (SAE)

稀疏自动编码,跟自动编码在某种程度比较相反

稀疏自动编码
稀疏自动编码

对应的代码:

https://github.com/caglar/autoencoders/blob/master/sa.py

2.9 Variational autoencoders (VAE)

变分自动编码,和 AE 架构相似,不同的是:输入样本的一个近似概率分布。这使得它跟 BM、RBM 更相近。

变分自动编码
变分自动编码

对应的代码:

https://github.com/mattjj/svae

2.10 Denoising autoencoders (DAE)

去噪自动编码,也是一种自编码机,它不仅需要训练数据,还需要带噪音的训练数据。

去噪自动编码
去噪自动编码

对应对应的代码:

https://github.com/caglar/autoencoders/blob/master/da.py

2.11 Deep belief networks (DBN)

深度信念网络,由多个受限玻尔兹曼机或变分自动编码堆砌而成。

深度信念网络
深度信念网络

对应的代码:

https://github.com/albertbup/deep-belief-network

2.12 Convolutional neural networks (CNN or deep convolutional neural networks, DCNN)

卷积神经网络,这个不解释也都知道。

卷积神经网络
卷积神经网络

对应的代码:

CNN:https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_CNN.py

DCNN:https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_DeepCNN.py

2.13 Deconvolutional networks (DN)

去卷积网络,又叫逆图形网络,是一种逆向的卷积神经网络。

去卷积网络
去卷积网络

对应的代码:

https://github.com/ifp-uiuc/anna

2.14 Deep convolutional inverse graphics networks (DCIGN)

深度卷积逆向图网络,实际上是 VAE,且分别用 CNN、DNN 来作编码和解码。

深度卷积逆向图网络
深度卷积逆向图网络

对应的代码:

https://github.com/yselivonchyk/TensorFlow_DCIGN

2.15 Generative adversarial networks (GAN)

生成对抗网络,Goodfellow 的封神之作,这个模型不用解释也都知道

生成对抗网络
生成对抗网络

对应的代码:

https://github.com/devnag/pytorch-generative-adversarial-networks

2.16 Recurrent neural networks (RNN)

循环神经网络,这个更不用解释,做语音、NLP 的没有人不知道,甚至非 AI 相关人员也知道。

循环神经网络
循环神经网络

对应的代码:

https://github.com/farizrahman4u/recurrentshop

2.17 Long / short term memory (LSTM)

长短期记忆网络, RNN 的变种,解决梯度消失/爆炸的问题,也不用解释,这几年刷爆各大顶会。

长短期记忆网络
长短期记忆网络

对应的代码:

https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_LSTM.py

2.18 Gated recurrent units (GRU)

门循环单元,类似 LSTM 的定位,算是 LSTM 的简化版。

门循环单元
门循环单元

对应的代码:

https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_GRU.py

2.19 Neural Turing machines (NTM)

神经图灵机,LSTM 的抽象,以窥探 LSTM 的内部细节。具有读取、写入、修改状态的能力

神经图灵机
神经图灵机

对应的代码:

https://github.com/MarkPKCollier/NeuralTuringMachine

2.20 Bidirectional recurrent neural networks, bidirectional long / short term memory networks and bidirectional gated recurrent units (BiRNN, BiLSTM and BiGRU respectively)

双向循环神经网络、双向长短期记忆网络和双向门控循环单元,把 RNN、双向的 LSTM、GRU 双向,不再只是从左到右,而是既有从左到右又有从右到左。

对应的代码:

BiRNN:https://github.com/cstghitpku/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/tree/master/models

BiLSTM:https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_BiLSTM.py

BiGRU:https://github.com/bamtercelboo/cnn-lstm-bilstm-deepcnn-clstm-in-pytorch/blob/master/models/model_BiGRU.py

2.21 Deep residual networks (DRN)

深度残差网络,是非常深的 FFNN,它可以把信息从某一层传至后面几层(通常2-5层)。

深度残差网络
深度残差网络

对应的代码:

https://github.com/KaimingHe/deep-residual-networks

2.22 Echo state networks (ESN)

回声状态网络,是另一种不同类型的(循环)网络。

回声状态网络
回声状态网络

对应的代码:

https://github.com/m-colombo/Tensorflow-EchoStateNetwork

2.23 Extreme learning machines (ELM)

极限学习机,本质上是随机连接的 FFNN。

极限学习机
极限学习机

对应的代码:

https://github.com/dclambert/Python-ELM

2.24 Liquid state machines (LSM)

液态机,跟 ESN 类似,区别是用阈值激活函数取代了 sigmoid 激活函数。

液态机
液态机

对应的代码:

https://github.com/kghose/Liquid

2.25 Support vector machines (SVM)

支持向量机,入门机器学习的人都知道,不解释。

支持向量机
支持向量机

对应的代码:

https://github.com/ajtulloch/svmpy

2.26 Kohonen networks (KN, also self organising (feature) map, SOM, SOFM)

Kohonen 网络,也称之为自组织(特征)映射。

Kohonen 网络
Kohonen 网络

对应的代码KN/SOM:

https://github.com/mljs/som

机器学习算法概述

作为 AI 的重要分支,机器学习在推荐系统、在线广告、金融市场分析、计算机视觉、语言学、生物信息学等诸多领域都取得了巨大的成功。机器学习并不是像我们字面理解的那样,让冷冰冰的机器去学习,或者狭义的理解为让机器人去学习。机器学习,从本质上来说,可以理解为算法学习(Algorithm Learning)、模型学习(Model Learning)或者叫函数学习(Function Learning)。本文提供《10 种机器学习算法介绍》PPT 下载。

机器学习算法大致可以分为三类 ——

  • 监督学习算法 (Supervised Algorithms):在监督学习训练过程中,可以由训练数据集学到或建立一个模式(函数 / learning model),并依此模式推测新的实例。该算法要求特定的输入/输出,首先需要决定使用哪种数据作为范例。例如,文字识别应用中一个手写的字符,或一行手写文字。主要算法包括神经网络、支持向量机、最近邻居法、朴素贝叶斯法、决策树等。
  • 无监督学习算法 (Unsupervised Algorithms):这类算法没有特定的目标输出,算法将数据集分为不同的组。
  • 强化学习算法 (Reinforcement Algorithms):强化学习普适性强,主要基于决策进行训练,算法根据输出结果(决策)的成功或错误来训练自己,通过大量经验训练优化后的算法将能够给出较好的预测。类似有机体在环境给予的奖励或惩罚的刺激下,逐步形成对刺激的预期,产生能获得最大利益的习惯性行为。在运筹学和控制论的语境下,强化学习被称作“近似动态规划”(approximate dynamic programming,ADP)。

Google发布端到端AI平台

Google 端到端 AI 平台是一个为开发人员和数据科学家提供的端到端的服务,可用于模型的构建、测试和部署。AI 平台上汇集了谷歌云上现有和今天新推的工具,开发者可以构建完整的数据 pipeline 来提取、标记数据,并且用现存的分类、物体识别和实体提取模型、AutoML 工具或云机器学习(Cloud Machine Learning )引擎来训练和部署自定义模型。在这个 AI 平台上,训练和部署一站式配齐,能帮助开发者能在每个开发阶段安全转移模型,并且操作方便,点击一下就可以部署了。

Machine learning development: the end-to-end cycle
Machine learning development: the end-to-end cycle

机器学习项目完整工作流程

1. 抽象成数学问题

明确问题是进行机器学习的第一步。机器学习的训练过程通常都是一件非常耗时的事情,胡乱尝试时间成本是非常高的。这里的抽象成数学问题,指的我们明确我们可以获得什么样的数据,目标是一个分类还是回归或者是聚类的问题,如果都不是的话,如果划归为其中的某类问题。

2. 获取数据

数据决定了机器学习结果的上限,而算法只是尽可能逼近这个上限。数据要有代表性,否则必然会过拟合。而且对于分类问题,数据偏斜不能过于严重,不同类别的数据数量不要有数个数量级的差距。还要对数据的量级有一个评估,多少个样本,多少个特征,可以估算出其对内存的消耗程度,判断训练过程中内存是否能够放得下。如果放不下就得考虑改进算法或者使用一些降维的技巧了。如果数据量实在太大,那就要考虑分布式了。

3. 特征预处理与特征选择

良好的数据要能够提取出良好的特征才能真正发挥效力。特征预处理、数据清洗是很关键的步骤,往往能够使得算法的效果和性能得到显著提高。归一化、离散化、因子化、缺失值处理、去除共线性等,数据挖掘过程中很多时间就花在它们上面。这些工作简单可复制,收益稳定可预期,是机器学习的基础必备步骤。筛选出显著特征、摒弃非显著特征,需要机器学习工程师反复理解业务。这对很多结果有决定性的影响。特征选择好了,非常简单的算法也能得出良好、稳定的结果。这需要运用特征有效性分析的相关技术,如相关系数、卡方检验、平均互信息、条件熵、后验概率、逻辑回归权重等方法。

4. 训练模型与调优

直到这一步才用到我们上面说的算法进行训练。现在很多算法都能够封装成黑盒供人使用。但是真正考验水平的是调整这些算法的(超)参数,使得结果变得更加优良。这需要我们对算法的原理有深入的理解。理解越深入,就越能发现问题的症结,提出良好的调优方案。

5. 模型诊断

如何确定模型调优的方向与思路呢?这就需要对模型进行诊断的技术。过拟合、欠拟合判断是模型诊断中至关重要的一步。常见的方法如交叉验证,绘制学习曲线等。过拟合的基本调优思路是增加数据量,降低模型复杂度。欠拟合的基本调优思路是提高特征数量和质量,增加模型复杂度。误差分析也是机器学习至关重要的步骤。通过观察误差样本,全面分析误差产生误差的原因:是参数的问题还是算法选择的问题,是特征的问题还是数据本身的问题 …… 诊断后的模型需要进行调优,调优后的新模型需要重新进行诊断,这是一个反复迭代不断逼近的过程,需要不断地尝试,进而达到最优状态。

6. 模型融合

一般来说,模型融合后都能使得效果有一定提升。而且效果很好。工程上,主要提升算法准确度的方法是分别在模型的前端(特征清洗和预处理,不同的采样模式)与后端(模型融合)上下功夫。因为他们比较标准可复制,效果比较稳定。而直接调参的工作不会很多,毕竟大量数据训练起来太慢了,而且效果难以保证。

7. 上线运行

这一部分内容主要跟工程实现的相关性比较大。工程上是结果导向,模型在线上运行的效果直接决定模型的成败。不单纯包括其准确程度、误差等情况,还包括其运行的速度(时间复杂度)、资源消耗程度(空间复杂度)、稳定性是否可接受。

这些工作流程主要是工程实践上总结出的一些经验。并不是每个项目都包含完整的一个流程。这里的部分只是一个指导性的说明,只有大家自己多实践,多积累项目经验,才会有自己 。

Google 机器学习数据库:SageDB

近日,Google 联合 MIT、布朗大学的研究人员共同推出了新型数据库系统 SageDB,并撰写了一篇论文详述 SageDB 的设计原理和性能表现。他们在论文中提出了一个观点:学习模型可以渗透到数据库系统的各个方面 ——

基于机器学习的组件可以完全取代数据库系统的核心组件,例如索引结构、排序算法,甚至是查询执行器。

在 17 年的论文中,谷歌研究团队尝试通过实验论证:与基于缓存优化的 B-tree 结构相比,使用神经网络在速度上可以提高 70%,并且大大节省了内存。“机器学习模型有可能比目前最先进的数据库索引有更显著的好处”。而今天我们要介绍的 SageDB,就是研究团队在该研究基础之上得出的更进一步的成果。

SageDB 背后的核心思想是构建一个或多个关于数据和工作负载分布的模型,并基于它们自动为数据库系统的所有组件构建最佳数据结构和算法。我们称之为『数据库融合』的这种方法,将使我们能够通过将每个数据库组件的实现专门化到特定的数据库、查询工作负载和执行环境来实现前所未有的性能。

SageDB Overview
SageDB Overview

机器学习概述

机器学习正在进步,我们似乎正在不断接近我们心中的人工智能目标。语音识别、图像检测、机器翻译、风格迁移等技术已经在我们的实际生活中开始得到了应用,但机器学习的发展仍还在继续,甚至被认为有可能彻底改变人类文明的发展方向乃至人类自身。但你了解现在正在发生的这场变革吗?四大会计师事务所之一的普华永道(PwC)近日发布了多份解读机器学习基础的图表,其中介绍了机器学习的基本概念、原理、历史、未来趋势和一些常见的算法。

1. 什么是机器学习?

机器通过分析大量数据来进行学习。比如说,不需要通过编程来识别猫或人脸,它们可以通过使用图片来进行训练,从而归纳和识别特定的目标。

2. 机器学习和人工智能的关系

机器学习是一种重在寻找数据中的模式并使用这些模式来做出预测的研究和算法的门类。机器学习是人工智能领域的一部分,并且和知识发现与数据挖掘有所交集。

3. 机器学习的工作方式

① 选择数据:将你的数据分成三组:训练数据、验证数据和测试数据

② 模型数据:使用训练数据来构建使用相关特征的模型

③ 验证模型:使用你的验证数据接入你的模型

④ 测试模型:使用你的测试数据检查被验证的模型的表现

⑤使用模型:使用完全训练好的模型在新数据上做预测

⑥调优模型:使用更多数据、不同的特征或调整过的参数来提升算法的性能表现

4. 机器学习所处的位置

① 传统编程:软件工程师编写程序来解决问题。首先存在一些数据→为了解决一个问题,软件工程师编写一个流程来告诉机器应该怎样做→计算机遵照这一流程执行,然后得出结果

② 统计学:分析师比较变量之间的关系

③ 机器学习:数据科学家使用训练数据集来教计算机应该怎么做,然后系统执行该任务。首先存在大数据→机器会学习使用训练数据集来进行分类,调节特定的算法来实现目标分类→该计算机可学习识别数据中的关系、趋势和模式

④ 智能应用:智能应用使用人工智能所得到的结果,如图是一个精准农业的应用案例示意,该应用基于无人机所收集到的数据

5. 机器学习的实际应用

机器学习有很多应用场景,这里给出了一些示例,你会怎么使用它?

  • 快速三维地图测绘和建模:要建造一架铁路桥,PwC 的数据科学家和领域专家将机器学习应用到了无人机收集到的数据上。这种组合实现了工作成功中的精准监控和快速反馈。
  • 增强分析以降低风险:为了检测内部交易,PwC 将机器学习和其它分析技术结合了起来,从而开发了更为全面的用户概况,并且获得了对复杂可疑行为的更深度了解。
  • 预测表现最佳的目标:PwC 使用机器学习和其它分析方法来评估 Melbourne Cup 赛场上不同赛马的潜力。

亚马逊发布机器学习课程视频及配套实验

继谷歌、微软、Deepmind后,亚马逊在近日也宣布,把自家培训软件工程师和数据科学家的机器学习课程免费开放。这家庞大的互联网巨头非常重视自身员工的培训,本次公开内容包括 30 多个数字 ML 课程,总计时长超过 45 小时,。马逊同时推出认证选择,学习者可以通过测试考试后,可以拿到证书,辅助其获得业界的认可。

亚马逊还很贴心的将课程分类,为四类人士量身定做了职业发展路径,分别迎合开发人员,数据科学家,数据平台工程师和业务人士的需要。

线性代数与张量开放课程

数学是机器学习的基础。斯坦福大学教授 Stephen Boyd 联合加州大学洛杉矶分校的 Lieven Vandenberghe 教授出版了一本基础数学书籍《Introduction to Applied Linear Algebra》,从向量到最小二乘法,分三部分进行讲解并配以辅助资料。此外,这本书也是斯坦福 EE103 课程、UCLA EE133A 课程的教材,由剑桥大学出版社出版(允许网络公开)。

该书还可用于自学,并辅以在线提供的资料,例如下面这份 470 页的 PPT.

吴恩达《机器学习训练秘籍》完整中文版

人工智能,机器学习和深度学习正在改变众多行业。Andrew Ng 教授近期在写一本书,教你如何构建机器学习项目。近日,Andrew Ng 教授(吴恩达)正式发布了《Machine Learning Yearning》的完整中文版。本书的重点不在于教授传统的机器学习算法,而在于教你如何使机器学习算法发挥作用。一些 AI 的技术课程会给你一个工具,而这本书将教会你如何使用这些工具。如果你渴望成为 AI 的技术领导者,并想要学习如何为团队设定一个方向,本书将有所帮助。

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人工智能、机器学习和认知计算

近日,IBM 发布了《人工智能、机器学习和认知计算入门指南

几千年来,人们就已经有了思考如何构建智能机器的想法。从那时开始,人工智能 (AI) 经历了起起落落,这证明了它的成功以及还未实现的潜能。如今,随时都能听到应用机器学习算法来解决新问题的新闻。从癌症检测和预测到图像理解和总结以及自然语言处理,AI 正在增强人们的能力和改变我们的世界。

现代 AI 的历史包含一部伟大的戏剧应具有的所有要素。上世纪 50 年代,随着对思维机器及阿兰·图灵和约翰·冯·诺依曼等著名人物的关注,AI 开始崭露头角。尽管随后经历了数十年的繁荣与萧条,并被寄予了难以实现的厚望,但 AI 和它的先驱们仍然一直在努力前行。如今,AI 展现出了它的真正潜力,专注于应用并提供深度学习和认知计算等技术。

新一代人工智能的时间线
新一代人工智能的时间线

AutoML 新书发布,告别调参?

近期,由 Frank Hutter, Lars Kotthoff, Joaquin Vanschoren 撰写的《AutoML:方法,系统,挑战》『AUTOML: METHODS, SYSTEMS, CHALLENGES (NEW BOOK)』,221页的草稿版本已经放出,详细讲解了所有 AutoML 系统背后的基础知识,以及对当前 AutoML 系统进行了深入描述,Auto-WEKA、Hyperopt-Sklearn、Auto-sklearn 等,最后介绍了 AutoML 的挑战。作者当前正在完成这本新书的编辑工作,它将由 NIPS 2018 出版发行。

如果你用过机器学习算法,那一定体验被算法调参支配的恐怖。面对错综复杂的算法参数,算法使用者们往往要花费无尽的黑夜去不断尝试,犹如大海捞针。有的时候加班到深夜,终于找到了一个靠谱的参数组合,然而找到的参数组合真的是最优的么?

传统上,术语 AutoML 用于描述模型选择和/或超参数优化的自动化方法。这些方法适用于许多类型的算法,例如随机森林,梯度提升机器(Gradient boosting machines),神经网络等。 AutoML 领域包括开源 AutoML 库,研讨会,研究和比赛。初学者常常觉得他们在为模型测试不同的超参数时通常仅凭猜测,而将这部分过程的自动化可以使机器学习变得更加容易。即使是对经验丰富的机器学习从业者而言,这一自动化过程也可以加快他们的速度。

 

机器学习的数学基础(PDF书籍)

近期,由 Marc Peter Deisenroth,A Aldo Faisal 和 Cheng Soon Ong 撰写的《机器学习数学基础》(Mathematics for Machine Learning)381 页草稿版本已经放出,作者表示撰写这本书旨在激励人们学习数学概念。这本书并不打算涵盖前沿的机器学习技术,因为已经有很多书这样做了。相反,作者的目标是通过该书提供阅读其他书籍所需的数学基础。这本书分为两部分:数学基础知识和使用数学基础知识进行机器学习算法示例。值得初学者收藏和学习!

机器学习的数学基础

本文转载自:『SIGAI 图灵人工智能』微信公众号 ——

数学是机器学习的内功。作为机器学习的基石,数学知识无论如何是绕不开的,机器学习中大量的问题最终都可以归结为求解最优化问题,微积分、线性代数是最优化方法和理论的基础,很多机器学习算法的建模涉及到概率论,由此可见学好数学知识多么必要。不少准备或刚刚迈入机器学习的同学,在面临数学基础的学习时,会遇到两个问题:

  • 不知道机器学习和深度学习到底要用到哪些数学知识
  • 无法真正理解这些数学知识,并用于机器学习的推导证明

事实上,要理解和掌握绝大部分机器学习算法和理论,尤其是对做工程应用的人而言,真正所需要的数学知识不过尔尔,主要包括了:

  • 微积分
  • 线性代数
  • 概率论
  • 最优化方法

典型算法和理论结论所用到的数学知识
典型算法和理论结论所用到的数学知识

只有明白自己所学的数学知识可以应用到哪一块机器学习的算法或者理论中,才能更有针对的掌握对应的数学知识。另外无论是哪一门学问,都不是一蹴而就的,反反复复地去复习和运用知识,才能牢记掌握,机器学习中的数学知识也不例外。

广东省新一代人工智能发展规划

近日,广东省人民政府印发《广东省新一代人工智能发展规划》,提出了『三步走』的发展目标 ——

  • 到 2020 年,广东人工智能产业规模、技术创新能力和应用示范均处于国内领先水平,部分领域关键核心技术取得重大突破,一批具有地域特色的开放创新平台成为行业标杆,人工智能成为助推广东产业创新发展的重要引擎,形成广东经济新的增长点。
  • 到 2025 年,广东人工智能基础理论取得重大突破,部分技术与应用研究达到世界先进水平,开放创新平台成为引领人工智能发展的标杆,有力支撑广东建设国家科技产业创新中心。
  • 到 2030 年,人工智能基础层、技术层和应用层实现全链条重大突破,总体创新能力处于国际先进水平,聚集一批高水平人才队伍和创新创业团队,人工智能产业发展进入全球价值链高端环节,人工智能产业成为引领国家科技产业创新中心和粤港澳大湾区建设的重要引擎。