机器学习简单介绍
机器学习不是科幻电影。
机器学习目的是解放生产力。
机器学习原理
机器学习： 机器自主获取事物的规律。
要让机器可以 “学习”，必须将生活中的数据（包括但不限于图像、文字、语音）数值化，将不同事物的变化和关联转化为运算。
机器学习可以成立的原因是：概念和数值、关系和运算可以相互映射。
机器学习的种类
按照是否有标签划分
1、有监督
训练哈士奇就是典型的有监督学习，每一次的指令都是一个数据样本（Sample），被摸头（正确）和挨打（错误）就是数据样本的标签（Label），给数据样本打上标签的过程就叫做标注（Labeling）。
2、无监督
告诉机器一些特征（Features），例如：是否有角，是否长翅膀，让机器自己去 “聚类”， 这就是一次无监督的学习。
无监督学习没有给定事先标记过的训练示例，自动对输入的数据进行分类或分群。 根据类别未知（没有被标记）的训练样本解决模式识别中的各种问题，称之为无监督学习。
按照处理问题场景划分
1、分类和回归
给定一个样本特征 , 我们希望预测其对应的属性值 , 如果 是离散的, 那么这就是一个分类问题，反之，如果 是连续的实数, 这就是一个回归问题。
2、聚类
如果给定一组样本特征 , 我们没有对应的属性值 , 而是想发掘这组样本在 维空间的分布, 比如分析哪些样本靠的更近，哪些样本之间离得很远, 这就是属于聚类问题。
机器学习三要素——数据、模型、算法
数据
数据 也就是源数据， 指还未转换为机器可以识别的数据样本
向量空间模型（VSM, Vector Space Model）： 负责将格式（文字、图片、音频、视频）转化为一个个向量。
模型
1. 模型如何得到
模型是机器学习的结果，而这个学习的过程称为训练（Train） 一个训练好的模型可以被理解成一个函数：y=f(x) 这个 y 可能是一个数值（回归），也可能是一个标签（分类）
2. 什么是训练
根据已经被指定的 f(x) 的具体形式 —— 模型类型，结合训练数据，计算出其中各个参数的具体取值的过程。 比如一个线性模型：y=f(x)=ax^2+bx+c 训练就是为了找到其中 a、b、c 的值
算法
算法 ：训练过程需要依据某种章法进行运算。这个章法，就是算法。
损失函数（Loss Function）： 需要用一个函数来描述 y‘ 与 y 之间的差别，这个函数叫做损失函数（Loss Function）
代价函数（Cost Function）： 损失函数针对一个训练数据，对于所有的训练数据，我们用代价函数来描述整体的损失 。
目标函数： 因为代价函数表示的是整个模型付出的代价，所以代价要越小越好。因此我们就得到了一个学习目标，就是找到目标函数。
优化算法： 为了让 J(Θ) 达到最小就要使用优化算法。
模型构造
数据 + 算法 = 模型
1. 数据准备
数据预处理：收集数据、清洗数据、标注数据。
构建数据的向量空间模型。
将构建好的向量空间模型分为训练集、验证集和测试集。
2. 训练
训练的核心是算法
3. 测试
测试集数据 --输入--> 模型（预测结果）--> 将预测结果与原本的预期进行比较
4. 衡量当前模型的质量
按照一定的规则计算模型质量的衡量指标（Precision、Recall、F1Score 等等），根据指标的数值来衡量当前模型的质量。
训练集、验证集和测试集
- 训练集（Train Set）：用来做训练的数据的集合。
- 验证集（Validation Set）：在训练的过程中，每个训练轮次结束后用来验证当前模型性能，为进一步优化模型提供参考的数据的集合。
- 测试集（Test Set）：用来测试的数据的集合，用于检验最终得出的模型的性能。
每个集合都应当是独立的，和另外两个没有重叠。
其中数据量最大的是训练集，通常训练集和测试集比例为8/2或9/1或7/3。
整体数据量不大，模型又相对简单时，验证集和测试集也可以合二为一。
训练的过程
1. 编写训练程序
- 选择模型类型；
- 选择优化算法；
- 根据模型类型和算法编写程序。
2. 训练 -> 临时模型
3. 在训练集上运行临时模型，获得训练集预测结果。
4. 在验证集上运行临时模型，获得验证集预测结果。
5. 综合参照第 3 步和第 4 步的预测结果，改进模型。
6. 回到第 2 步，反复迭代，直到结果满意或者已经无法继续优化
模型评估
当我们训练出了一个模型以后，为了确定它的质量，我们可以用一些知道预期预测结果的数据来对其进行预测，把实际的预测结果和实际结果进行对比，以此来评判模型的优劣。
分类模型评判指标： Precision、Recall 和 F1Score
精准率：Precision=TP/(TP+FP)，即在所有被预测为 Class_A 的测试数据中，预测正确的比率。
召回率：Recall=TP/(TP+FN)，即在所有实际为 Class_A 的测试数据中，预测正确的比率。 F1Score = 2*(Precision * Recall)/(Precision + Recall)
回归模型的偏差和过拟合
对训练集样本拟合程度的角度，可以分为两类：欠拟合（Underfitting）和过拟合 （Overfitting）。
欠拟合：如果一个模型，在训练集上的预测结果就不佳，指标偏低，那一般是欠拟合的问题。 （学习的太好了，太关注局部特征）
过拟合：如果在训练集上指标很好，而在验证/测试集上指标偏低，则很可能是过拟合问题。（没有学到训练数据的普遍规律）
经验误差和泛化误差
经验误差：在训练集上的误差称为“训练误差”或“经验误差”。 （真实值和预测值的误差）
泛化误差：在测试集上的误差称为“泛化误差”。
评价策略：哪一个模型的经验误差和泛化误差上相近又小
回归模型的评价指标 MSE （Mean Squared Error）叫做均方误差。
这里的y是测试集上的输出。
用 真实值-预测值 然后平方之后求和平均。
模型优化
模型的优化可以从三个方面来进行：数据、算法和模型。
数据（特征工程）
- 对数据进行归一化（Normalization，又译作正规化、标准化）等操作。
- 采用 Bootstrap 等采样方法处理有限的训练 / 测试数据，以达到更好的运算效果。
- 根据业务进行特征选取：从业务角度区分输入数据包含的特征，并理解这些特征对结果的贡献。
调参（算法参数）
我们训练模型的目的就是为了得到模型对应公式中的若干参数。这些参数是训练过程的输出，并不需要我们来调。 除了这些参数外，还有一类被称为超参数的参数，例如用梯度下降方法学习 LR 模型时的步长（Alpha），用 BFGS 方法学习 Linear-chain CRF 时的权重（w）等。
超参数是需要模型训练者自己来设置和调整的
通过调参方法来减轻调参工作量，例如 Grid Search 等。 调参没有固定的规律可以遵循，往往有很多运气成分，但靠瞎猜基本不可能得出好的结果，还是要按一定的方法来做。
算法选择
1. 算法选对的，别选贵的。前沿的不一定是好的。
2. 数据最重要，我丑话在先。