人工智能

- 日理万妓 2022-09-05 04:21 228阅读 0赞

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# 人工智能 #

是研发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。由于这个定义只阐述了目标，而没有限定方法，因此实现人工智能存在的诸多方法和分支，导致其变成一个“大杂烩”式的学科。

# 机器学习 #

区别于人工智能，机器学习、尤其是监督学习则有更加明确的指代。机器学习是专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构，使之不断改善自身的性能。这句话有点“云山雾罩”的感觉，让人不知所云，下面我们从机器学习的实现和方法论两个维度进行剖析，帮助读者更加清晰地认识机器学习的来龙去脉。

# **模型假设、评价函数（损失/优化目标）和优化算法是构成模型** #

机器如一个机械的学生一样，只能通过尝试答对（最小化损失）大量的习题（已知样本）来学习知识（模型参数www），并期望用学习到的知识（模型参数www）所代表的模型H(w,X)H(w, X)H(w,X)，回答不知道答案的考试题（未知样本）。最小化损失是模型的优化目标，实现损失最小化的方法称为优化算法，也称为寻解算法（找到使得损失函数最小的参数解）。参数www和输入XXX组成公式的基本结构称为假设。在牛顿第二定律的案例中，基于对数据的观测，我们提出了线性假设，即作用力和加速度是线性关系，用线性方程表示。由此可见，**模型假设、评价函数（损失/优化目标）和优化算法是构成模型的三个部分**。

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*  **模型假设**：世界上的可能关系千千万，漫无目标的试探YYY~XXX之间的关系显然是十分低效的。因此假设空间先圈定了一个模型能够表达的关系可能，如蓝色圆圈所示。机器还会进一步在假设圈定的圆圈内寻找最优的YYY~XXX关系，即确定参数www。
 *  **评价函数**：寻找最优之前，我们需要先定义什么是最优，即评价一个YYY~XXX关系的好坏的指标。通常衡量该关系是否能很好的拟合现有观测样本，将拟合的误差最小作为优化目标。
 *  **优化算法**：设置了评价指标后，就可以在假设圈定的范围内，将使得评价指标最优（损失函数最小/最拟合已有观测样本）的YYY~XXX关系找出来，这个寻找的方法即为优化算法。最笨的优化算法即按照参数的可能，穷举每一个可能取值来计算损失函数，保留使得损失函数最小的参数作为最终结果。

从上述过程可以得出，机器学习的过程与牛顿第二定律的学习过程基本一致，都分为假设、评价和优化三个阶段：

1.  **假设**：通过观察加速度aaa和作用力FFF的观测数据，假设aaa和FFF是线性关系，即a=w⋅Fa = w \\cdot Fa=w⋅F。
2.  **评价**：对已知观测数据上的拟合效果好，即w⋅Fw \\cdot Fw⋅F计算的结果要和观测的aaa尽量接近。
3.  **优化**：在参数www的所有可能取值中，发现w=1/mw=1/mw=1/m可使得评价最好（最拟合观测样本）。

机器执行学习任务的框架体现了其**学习的本质是“参数估计”**（Learning is parameter estimation）。在此基础上，许多看起来完全不一样的问题都可以使用同样的框架进行学习，如科学定律、图像识别、机器翻译和自动问答等，它们的学习目标都是拟合一个“大公式”

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