什么是机器学习  

近些年来，得益于互联网的普及，我们可以非常轻松地获取大量文本、音乐、图片、视频等各种各样的数据。机器学习，就是让计算机具有像人一样的学习能力的技术，是从堆积如山的数据(也称为大数据)中寻找出有用知识的数据挖掘技术。通过运用机器学习技术，从视频数据库中寻找出自己喜欢的视频资料，或者根据用户的购买记录向用户推荐其他相关产品等成为了现实(图1.1)。本章将从宏观角度对什么是机器学习做相应的介绍，并对机器学习的基本概念进行说明。

1学习的种类

计算机的学习，根据所处理的数据种类的不同，可以分为监督学习、无监督学习和强化学习等几种类型。监督学习，是指有求知欲的学生从老师那里获取知识、信息，老师提供对错指示、告知最终答案的学习过程（图1.2）。在机器学习里，学生对应于计算机，老师则对应于周围的环境。根据在学习过程中所获得的经验、技能，对没有学习过的问题也可以做出正确解答，使计算机获得这种泛化能力，是监督学习的最终目标。监督学习，在手写文字识别、声音处理、图像处理、垃圾邮件分类与拦截、网页检索、基因诊断以及股票预测等各个方面，都有着广泛的应用。这一类机器学习的典型任务包括：预测数值型数据的回归、预测分类标签的分类、预测顺序的排序等。

无监督学习，是指在没有老师的情况下，学生自学的过程（图1.3）。在机器学习里，基本上都是计算机在互联网中自动收集信息，并从中获取有用信息。无监督学习不仅仅局限于解决像监督学习那样的有明确答案的问题，因此，它的学习目标可以不必十分明确。无监督学习在人造卫星故障诊断、视频分析、社交网站解析和声音信号解析等方面大显身手的同时，在数据可视化以及作为监督学习方法的前处理工具方面，也有广泛的应用。这一类机器学习的典型任务有聚类、异常检测等。

强化学习，与监督学习类似，也以使计算机获得对没有学习过的问题做出正确解答的泛化能力为目标，但是在学习过程中，不设置老师提示对错、告知最终答案的环节。然而，如果真的在学习过程中不能从周围环境中获得任何信息的话，强化学习就变成无监督学习了。强化学习，是指在没有老师提示的情况下，自己对预测的结果进行评估的方法。通过这样的自我评估，学生为了获得老师的最高嘉奖而不断地进行学习（图1.4）。婴幼儿往往会为了获得父母的表扬去做事情，因此，强化学习被认为是人类主要的学习模式之一。强化学习，在机器人的自动控制、计算机游戏中的人工智能、市场战略的最优化等方面均有广泛应用。在强化学习中经常会用到回归、分类、聚类和降维等各种各样的机器学习算法。