数理统计与人工智能

文章阐述了人工智能在自然语言理解、机器学习、医学统计、贝叶斯统计和大数据分析等领域对数理统计方法的需求与应用。数理统计为人工智能提供了处理不确定性和推断的工具,如概率图模型和贝叶斯法则。同时,人工智能的发展也促进了数理统计学的创新,尤其是在大数据和深度学习的背景下,统计方法的重要性日益凸显。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

摘要:人工智能已经成为驱动世界经济转型发展的重要动力,更有着推动社会的变革的潜力。本文通过对目前人工智能领域中数理统计方法应用进行总结,对人工智能和数理统计学进行比较,分析两学科的发展和融合,以及提出自己的思考。

关键词:人工智能  数理统计  应用

一、引言

人工智能中的自然语言理解需要数学方法提供描述模糊概念方法,对事物的随机性引起的不确定性,则可以通过概率论和数理统计建模的方法加以解决;同时人工智能对统计学的需要还体现在机器学习的数据处理方面,例如概念聚类--将类别表示成对光差单位进行定义的规则,使每一类的观察单位在重要特征上相互类似。在这中意义上人工智能的发展也对统计方法提出了新的要求,两者的发展息息相关,亦相辅相成。

二、各方面应用

人工智能与医学统计

医学实践活动中许多现象表现为数量特征,其中蕴含着深刻的统计学规律,合理的数理统计可以帮助我们解释事物或现象发生和发展的规律,阐明有效性等问题,通过计算机技术和统计方法对医疗数据的整合,促生了以人工智能为基础进行的统计专家系统,它用数学原理改造了传统的演绎逻辑,提供了专家的思维模型,通过得到的用户信息对其症状和诊疗方案进行概率或因果推断,所用的就是概率图模型。人工智能的机器学习技术可以从训练实例中自动生成知识库,并通过统计分析策略针对用户的问题进行推理,可以大大方便用户。[1]

人工智能与贝叶斯统计

对于较高层级的推断,以贝叶斯理论为本质的概率图模型则具有较为强大的功能和十分灵活的特点,在人工智能领域有着重要应用。贝叶斯统计方法可以将深度学习与概率图模型在概率的框架中统一起来,形成贝叶斯深度学习,其中前者为感知部分,后者为执行具体任务部分。在这个一般性框架中,深度学习利用神经网络的感知能力对文本和图像的感知能够提升更高层级推断的表现;反过来,利用概率图模型进行推断所反馈的信息又能增强机器对文本和图像的感知。[2]

人工智能与概率统计

人工智能的应用中需要对未知或无法观测到的数据进行推断和预测,这种不确定性的处理需要用到概率论来建模以表示和处理:用概率分布表示模型中不确定量,以及这些量与数据之间的关系,并用概率论中的法则如贝叶斯法则对其进行推断,而后用先验分布和观测数据得到后验分布。无论是深度学习模型识别图片还是自然语言处理,其中都用到了概率统计学理论里的基本定理,一个人工智能模型能够最终训练成功,首先需要在数学上证明其可以达到稳定状态。而人工智能模型中涉及到的参数,需要数理统计的方法对其进行优化,以达到最佳效果。[3]

机器学习与数理统计

诺奖得主托马斯·萨金特曾经说过人工智能其实就是统计学,只不过用了一个很华丽的辞藻。实际上统计学和机器学习曾独立发展了几十年,随着算力的增加和数据的日益复杂,统计方法开始在机器学习中应用,并占据了算法优化以及实现中相当重要的一部分,深度学习算法需要首先利用统计方法把数据处理成统计模型,旨在使最准确的推断成为可能。

大数据与数理统计

目前,大数据分析技术逐渐进入到各个行业中,应用于客户实际需求分析报告、客户特征分析等,在人工智能领域也有着重要的应用。数理统计在大数据分析中可以根据数据的特点对样本的基础情况进行深入的分析,并可以通过假设检验,提高结果的可靠性;同时由于实际处理数据往往大量复杂,数理统计可以通过从中抽取的部分样本及样本整体的特点去推断整体具有的规律性,并通过一系列假设实验进而确保数据分析的准确性以及真实性;数理统计在大数据分析中的应用方法主要为层次分析法和蒙特卡洛法,目前分析软件已经广泛应用于数据分析中,使得我们能够更便捷地用数理统计方法处理数据。[4]

三、思考

人工智能是数理统计应用的一个重要领域,关于两者的区别最常见的说法是“机器学习和统计的主要区别在于它们的目的。机器学习模型旨在使最准确的预测成为可能。统计模型是为推断变量之间的关系而设计的”。有学者认为,人工智能的核心要素是数据,算法和算力;统计学的核心要素是数据,算法和(理论)模型,深度学习为代表的人工智能技术采用过参数化的黑盒模式,对机理的认知不够充分。统计学强调对机理的认知,重视对不确定的刻画,可解释性强,但对数据假设较强,缺少稀疏化理论与非凸优化算法的结合,难以提供人工智能内在机制的解释。

数理统计学作为诞生并与现实生活密切结合的传统学科,在人工智能的时代浪潮下,迎来了新的发展机遇;人工智能的长远发展离不开数理统计的进步和理论支持,人工智能领域中出现的新问题也促进着数理统计学科的发展。在数理统计的学习中,我们不仅要重视统计方法的应用,更要深刻理解其背后的原理,拓展学习视野,接触了解一些人工智能等方面的知识,体会数理统计学科在新技术领域中的蓬勃生命力。

参考文献:

[1]曹秀堂,郭祖超,高万祥.医学统计与人工智能[J].医学与哲学,1993(07):19-21.

[2]唐晓彬.说说贝叶斯统计与人工智能[J].中国统计,2021(05):43-44.

[3]张泽玲.概率统计与人工智能[J].课堂内外(科学Fans),2019(Z1):79.

[4]赵峻婷.大数据分析中概率论与数理统计的运用探究[J].财经界,2022(08):38-40.DOI:10.19887/j.cnki.cn11-4098/f.2022.08.006.

评论 1
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值