周志华《机器学习》学习笔记 Ch01绪论

本文深入浅出地解析了机器学习的基本概念,包括属性空间、特征向量、分类与回归等核心术语,以及监督学习与无监督学习的区别。强调了模型泛化能力和独立同分布假设的重要性,适合初学者构建坚实的基础。

文章目录:

1.1 引言

1.2 基本术语

1.3 假设空间

1.4 归纳偏好

1.5 发展历程

1.6 应用现状

1.7 习题解答


看完了《机器学习实战》,总感觉自己在入门机器学习中还处于似懂非懂阶段。按理说在看西瓜书之前我应该先看一些数学统计相关的书籍,补充基础知识。但想了想,看了的可能很多也不会记得,还不如遇到不懂的便边学边查了。开始学习西瓜书,希望自己能坚持把笔记写下去,加深自己对机器学习的理解。

1.1 引言

     机器学习致力于研究如何通过计算的手段,利用经验来改善系统自身的性能。其所研究的主要内容,是关于在计算机上从数据中产生“模型”的算法,即“学习算法”。机器学习是研究关于“学习算法”的学问。通俗来说,我理解为,通过已知数据研究出预测所需的模型,即函数公式,来进行下一步结果的预测。

        在本书中用“模型”泛指从数据中学得的结果。有文献用“模型”指全局性结果(例如一颗决策树),而用“模式”指局部性结果(例如一条规则)。

1.2 基本术语

1. 属性张成的空间称为“属性空间”,“样本空间”或“输入空间”。

2. 由于空间中的每个点对应一个坐标向量,因此我们也把一个示例称为一个“特征向量”。

3. 若我们预测的是离散值,例如“好瓜”“坏瓜”,此类学习任务称为“分类”;

    若欲预测的是连续值,例如西瓜成熟度0.95,0.37,此类学习任务称为“回归”;

    两个类别的“二分类”任务,分为“正类”和“反类”;

    涉及多个类别时,则称为“多分类”任务。

4. 学习任务大致划分为两大类:“监督学习”和“无监督学习”,分类和回归是前者的代表,而聚类是后者的代表。

5. 学得模型适用于新样本的能力,称为“泛化”能力。

6. 通常假设样本空间中全体样本服从A个未知"分布" (distribution) Ð , 我们获得的每个样本都是独立
地从这个分布上采样获得的,即"独立同分布" (independent and identically istributed,简称i.i.d.).
1.3 假设空间

 

 

 

 

 

 

### 关于周志华机器学习》(西瓜书)第二章的学习笔记 #### 模型评估与选择概述 模型评估与选择是机器学习领域的重要组成部分,旨在通过合理的方法评价不同模型的表现并挑选最优者。这一过程不仅涉及如何衡量单个模型的好坏,还包括怎样对比多个候选方案以做出最佳决策。 #### 偏差、方差和噪声的概念解析 偏差度量了学习算法的期望预测与实际结果之间的差距,反映了算法自身的拟合精度;方差描述的是相同规模训练集变化引起的学习效果波动情况,体现了数据扰动带来的影响;而噪声则设定了给定任务下所有可能采用的学习方法能达到的最佳预期泛化误差界限,揭示了问题本身固有的复杂性和挑战性[^2]。 #### 性能度量指标——P-R图及其应用 为了更直观地展示各类分类器的工作特性,通常会绘制精确率-召回率(Precision-Recall, P-R)曲线来辅助分析。当面对多组实验结果时,可以通过观察这些图形相互间的位置关系来进行优劣评判:如果某条曲线始终位于另一条之上,则表明前者具有更好的整体表现;而对于那些存在交点的情况,则需进一步计算各自下方区域面积大小作为判断依据之一。此外,“平衡点”作为一种特殊的性能测度,在特定条件下也能提供有价值的参考信息[^3]。 #### 偏差-方差分解理论简介 该理论为理解学习算法的一般化能力提供了框架性的指导思路,通过对平均测试错误率实施拆分操作,可以深入剖析导致过拟合现象背后的原因所在,并据此探索改进措施的方向。具体而言,总误差由三部分构成——不可约减误差点(即噪声)、平方形式表达出来的偏差项以及线性累加而成的方差成分[^4]。 ```python import numpy as np from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import precision_recall_curve, auc def evaluate_model_performance(model, X, y): """ 计算并返回PR曲线下面积(AUC),用于量化模型的整体性能。 参数: model (object): 已经训练好的分类模型实例。 X (array-like of shape (n_samples, n_features)): 测试特征矩阵。 y (array-like of shape (n_samples,)): 对应的真实标签向量。 返回: float: PR AUC得分。 """ # 划分训练集/验证集 X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X, y, test_size=0.2) # 使用训练集拟合模型 model.fit(X_train, y_train) # 获取验证集中各观测对应的概率估计值 probas_pred = model.predict_proba(X_val)[:, 1] # 绘制PR曲线并求得AUC分数 precisions, recalls, _ = precision_recall_curve(y_val, probas_pred) pr_auc_score = auc(recalls, precisions) return pr_auc_score ```
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