Python在机器学习领域的应用概述

本文目录：

一、人工智能三大概念

AL：人工智能，像人一样机器智能的综合与分析；机器模拟人类；
ML：机器学习，让机器自动学习，而不是基于规则的编程（不依赖特定规则编程）；
DL：深度学习，也叫深度神经网络，大脑仿生，设计一层一层的神经元模拟万事万物。

三者关系：机器学习是实现人工智能的一种途径，深度学习是机器学习的一种方法。

二、学习方式

基于规则的预测 ： 程序员根据经验利用手工的if-else方式进行预测；
基于模型的学习：通过编写机器学习算法，让机器自己学习从历史数据中获得经验、训练模型。

三、人工智能发展史

1956年被认为是人工智能元年。

“ 1956年夏季，以麦卡赛、明斯基、罗切斯特和申农等为首的一批有远见卓识的年轻科学家在一起聚会，共同研究和探讨用机器模拟智能的一系列有关问题，并首次提出了“人工智能”这一术语，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。”

1950-1970

符号主义流派：专家系统占主导地位

1950：图灵设计国际象棋程序

1962：IBM Arthur Samuel 的跳棋程序战胜人类高手（人工智能第一次浪潮）

1980-2000

统计主义流派：主要用统计模型解决问题

1993：Vapnik提出SVM

1997：IBM 深蓝战胜卡斯帕罗夫（人工智能第二次浪潮）

2010-2017

神经网络、深度学习流派

2012：AlexNet深度学习的开山之作

2016：Google AlphaGO 战胜李世石（人工智能第三次浪潮）

2017-至今

大规模预训练模型

2017年，自然语言处理NLP的Transformer框架出现

2018年，Bert和GPT的出现

2022年，chatGPT的出现，进入到大规模模型AIGC发展的阶段

四、机器学习三要素

数据：是算法的基石和载体；
算法：是实现业务需求的思路和方法；
算力：是算法效率。

数据、算法、算力三要素相互作用，是AI发展的基石。

五、常见术语

样本：一行数据就是一个样本；多个样本组成数据集；有时一条样本被叫成一条记录；

特征：是从数据中抽取出来的，对结果预测有用的信息，有时也被称为属性；

标签/目标：模型要预测的那一列数据。

六、数据集的划分

数据集可划分两部分：训练集、测试集 比例：8 : 2，7 : 3

训练集(training set) ：用来训练模型（model）的数据集；

测试集(testing set)：用来测试模型的数据集。

七、常见算法分类

八、机器学习的建模流程

九、特征工程

特征工程：利用专业背景知识和技巧处理数据，让机器学习算法效果最好。

数据和特征决定了机器学习的上限，而模型和算法不断逼近这个上限。

特征工程包括五大步：

（一）特征提取：从原始数据中提取与任务相关的特征，构成特征向量；
（二）特征预处理：将不同单位的特征数据转换成同一个范围内；
（三）特征降维：将原始数据的维度降低；
（四）特征选择：根据一些指标从特征中选择出一些重要特征；
（五）特征组合：通过乘法、加法等方法把多个的特征合并成单个特征。

特征工程的作用：

提升模型性能：让特征更适配算法（如线性模型需要数值特征，树模型可处理类别特征）。

降低计算成本：减少冗余特征，加速训练。

增强可解释性：通过构造有意义的特征帮助理解数据。

特征工程的注意事项：

避免数据泄露：所有特征工程（如标准化、编码）应在训练集上拟合后，再应用到测试集。

评估特征效果：通过交叉验证对比工程前后的模型性能。

平衡自动化与领域知识：自动化工具（如FeatureTools）可提高效率，但人工构造的特征往往更关键。

十、模型拟合问题

1.拟合：找到模型参数（如KNN中的 n_neighbors）的最优值，使模型在训练数据上表现良好，同时能泛化到新数据。

2.欠拟合：模型在训练集上表现很差、在测试集表现也很差。
原因：模型过于简单。

3.过拟合：模型在训练集上表现很好、在测试集表现很差。
原因：模型太过于复杂、数据不纯、训练数据太少。

泛化：模型在新数据集（非训练数据）上的表现好坏的能力。
奥卡姆剃刀原则：给定两个具有相同泛化误差的模型，较简单的模型比较复杂的模型更可取。

今天的分享到此结束。

作者：苏苏susuus