一探究竟：人工智能、机器学习、深度学习

news2024/10/6 18:29:34

一、人工智能

1.1 人工智能是什么？

1956年在美国Dartmounth 大学举办的一场研讨会中提出了人工智能这一概念。人工智能（Artificial Intelligence），简称AI，是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。主要用于帮助人类完成复杂运算、提升工作效率、检索海量信息内容等。

1.2 人工智能的功能

语音识别：可以识别和理解人类语音，将之转化为可处理的文本或指令。
自然语言处理：可以理解和处理自然语言，包括文本分析、语义理解、语法纠错等。
智能推荐：可以根据用户的个人喜好和行为模式，推荐适合的商品、服务和内容。
自动驾驶：可以实现汽车、无人机等车辆饿自动导航和控制，降低交通安全事故的发生。
智能金融：可以通过分析大量数据、进行风险评估、财务分析和投资决策等。

1.3 人工智能的作用

1.3.1赋能经济发展、服务人民生活

作为赋能手段，人工智能与实体经济融合，能够引领产业转型，孕育新产业新模式新业态，作为服务人民美好生活的工具，人工智能的应用有助于提升生活品质，满足人们消费升级需求。

1.3.2 提升政府治理效能

近年来，随着大数据、云计算、人工智能等新一代数字技术融入数字政府建设，“掌上办”、“指尖办”成为政务服务标配。流动的数据、流畅的体验、让百姓少跑腿、数据多跑路，正给人们带来实实在在的获得感。

1.3.3 促进教育革新

作为引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，人工智能催生了大批新产品、新技术、新产业和崭新的模式，也为教育现代化带来了更多的可能性。在人工智能的支撑下，优质数字教育资源将更多，推动教育更加公平。

1.3.4 信息滥用

人脸等信息具有特殊性，现在人脸水别的广泛应用，就会繁衍出一些安全问题。

二、机器学习

2.1 机器学习是什么？

机器学习是一种人工智能技术，主要使用算法来让计算机从数据中学习，以便能够自动地进行决策和预测。机器学习的目的是通过数据来提高预测或决策的准确性，而不需要人工干预。

机器学习算法可以应用各种领域，例如自然语言处理、图像识别、医学诊断等。他们可以自动地从大量数据从中提取模式，并使用这些模式进行预测和决策，从而帮助人们更好的理解和应用数据。举例来说，在你使用社交媒体平台上的自动标签功能时，你会发现系统将你上传的照片中的人和物体进行标记。这背后其实就能体现出机器学习。

2.2 机器学习算法

2.2.1 线性回归

线性回归是统计和机器算法中最容易理解的算法之一了。

线性回归的表示是一个方程，它通过找到称为系数（B）的输入量的特定权重来描述最合适输入变量（X）和输出变量（Y）之间关系的值线。

2.2.2 逻辑回归

逻辑回归是机器学习从统计学领域借用的另一种技术。它是二进制分类问题（具有两个类值的问题）的首选方法。

逻辑回归类似于线性回归，其目标是找到加权每个输入变量的系数值，与线性回归不同，输出的预测是使用称为逻辑函数的非线性函数转换的。

2.2.3 线性判别分析

线性判别分析是对费舍尔的线性鉴别方法的归纳，这种方法使用统计学，模式识别和机器学习方法，试图找到两类物体或事件的特征的一个线性组合，以能够特征化或区分它们。所得的组合可用来作为一个线性分类器，或者，更常见的是，为后续的分类做降维处理。如果你又两个以上的类，那么线性判别分析算法是首选的线性分类技术。

2.2.4 分类和回归树

分类与回归树的英文是Classification and regression tree，缩写是CART。CART是在给定输入随机变量X条件下输出随机变量Y的条件概率分布的学习方法。CART假设决策树是二叉树，内部结点特征的取值为“是”和“否”，左分支是取值为“是”的分支，右分支是取值为“否”的分支。这样的决策树等价于递归地二分每个特征，将输入空间即特征空间划分为有限个单元，并在这些单元上确定预测的概率分布，也就是在输入给定的条件下输出的条件概率分布。它由树的生成、树的剪枝构成。决策树是机器学习的一种重要算法。

2.2.5 朴素贝叶斯

基于贝叶斯定理，假设特征之间相互独立，用于分类问题。

2.2.6 支持向量机（SVM）

用于分类和回归问题，通过将数据映射到高维空间中找到一个最优的超平面进行分类。

2.2.7 K近邻

通过计算目标点与训练数据集中最近的K个点的距离，将目标点分类到最频繁出现的类别中。

2.2.8 随机森林

集成学习方法，通过多个决策树的结果进行预测，提高分类效果。

2.2.9 降维

机器学习领域中所谓的降维就是指采用某种映射方法，将原高维空间中的数据点映射到低维度的空间中。降维的本质是学习一个映射函数 f : x->y，其中x是原始数据点的表达，目前最多使用向量表达形式。 y是数据点映射后的低维向量表达，通常y的维度小于x的维度（当然提高维度也是可以的）。f可能是显式的或隐式的、线性的或非线性的。

2.2.10 人工神经网络

模仿生物神经网络的结构和功能，通过多层神经元之间的连接进行学习和检测。

三、深度学习

3.1 深度学习是什么？

深度学习（Deep Learning，简称DL）是机器学习的一种特定形式，它使用具有多层非线性处理单元的神经网络来学习和表示数据。深度学习的核心是使用深度神经网络，这些网络可以自动从数据中提取出复杂的特征，并且在各种任务上表现出色，例如图像识别、语音识别和自然语言处理等。

3.2 深度学习模型

卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）：主要用于图像和视频相关的任务，通过局部连接和权值共享来提取空间特征。
递归神经网络（Recurrent Neural Networks，RNN）：能够处理序列数据，如自然语言处理和语音识别等任务。RNN能够利用过去的信息作为上下文来进行预测。
长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）：一种特殊的RNN变体，通过门控机制来解决传统RNN的梯度消失和梯度爆炸问题。
生成对抗网络（Generative Adversarial Networks，GAN）：由生成器和判别器组成，生成器试图生成逼真的样本，而判别器试图区分真实样本和生成样本，二者通过对抗学习进行优化。
注意力机制网络（Attention Mechanism）：能够在处理变长序列数据时，为模型赋予自主选择和关注重要信息的能力。