理解为何用期望最大化或梯度下降等启发式方法处理非凸函数在实际中如此有效,对于理论计算机科学而言是一大挑战

最大似然估计、梯度下降、EM算法、坐标上升 主要讲解的是机器学习中参数学习算法之间的区别,以及应用的场景。 最大似然估计: 其中目标函数是对数似然函数。为了求目标函数取最大值时的theta。有两个关机键步骤,第一个是对目标函数进行求导,第二个是另导数等于0,求解后直接得到最优theta。两个步骤缺一不可。 梯度下降: 对目标函数进行求导,利用导函数提供的梯度信息,使参数往梯度下降最快的方向移动一小步,来更新参数。为什 阅读详情

理解为何用期望最大化或梯度下降等启发式方法处理非凸函数在实际中如此有效,对于理论计算机科学而言是一大挑战

一本关于理论计算机科学和机器学习之间关联的高水平、快节奏的集大成之作—《机器学习算法》

计算机系统能力培养 昨天

图片

 

【导读】近年来,有关机器学习的著作非常多,但是关于理论计算机科学和机器学习之间关联的书却不多见,今天要介绍的这本书《机器学习算法》,就是一本关于理论计算机科学和机器学习之间关联的高水平、快节奏的大作。

机器学习是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。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。机器学习是人工智能的核心,主要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完善。

机器学习正在开始接管我们生活中方方面面的决策,包括:

1)保证我们在自动驾驶汽车上的日常通勤安全。

2)根据我们的症状和病史做出准确的诊断。

3)定价和交易复杂证券。

4)发现新科学,例如各种疾病的遗传基础。

但是令人惊讶的事实是,这些算法在没有任何可证明的行为保证下工作。当面临一个优化问题时,它们是否真的找到了最优解,或者只是一个不错的解?当它们假定一个概率模型时,是否能够从真实的后验分布中纳入新的证据和样本?机器学习在实践中非常有效,但这并不意味着我们理解它为什么如此有效。

如果你已经上过传统算法课程,通常会通过最坏情况分析来考虑算法。当你使用一个排序算法时,会根据其在最坏可能输入情况下执行的操作次数来衡量其运行时间。这是一种很方便的约束类型,因为这意味着你可以对你的算法所需的时间进行有意义的说明,而不必担心你通常提供给它的输入类型。

但是,机器学习算法(尤其是现代算法)的分析如此具有挑战性的原因是,它们试图解决的问题类型在最坏输入情况下实际上是NP-hard问题。当你将寻找最适合你的数据的参数的问题转换为优化问题时,有时会像NP-hard问题一样很难找到一个好的解。当你假定一个概率模型并想使用它来进行推理时,有时也会遇到NP-hard的情况。

近年来,有关机器学习的著作非常多,但是关于理论计算机科学和机器学习之间关联的书却不多见,今天要介绍的这本书《机器学习算法》,就是一本关于理论计算机科学和机器学习之间关联的高水平、快节奏的大作。

 

图片

图片

              扫码看本书详情,仔细挑

机器学习算法

作者:[美] 安柯·莫特拉(Ankur Moitra) 

ISBN: 978-7-111-68048-2

    作者安柯·莫特拉(Ankur Moitra)是麻省理工学院洛克威尔国际数学系副教授,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的首席研究员,也是计算理论小组、机器学习和统计中心的核心成员。他的工作目标是通过开发在行为推理方面具有可证明的保证和基础的算法,来在理论计算机科学和机器学习之间架起一座桥梁。

   本书主要内容就是基于安柯·莫特拉(Ankur Moitra)2013年秋季、2015年春季和2017年秋季在麻省理工学院开设的“AlgorithmicAspects of Machine Learning”课程编撰而成,系统讲解了理论计算机科学和机器学习这两个领域能够互相借鉴的知识。

  

莫特拉通过尝试为数据找到更现实的模型,来解决为机器学习提供可证明保证的问题。在许多应用中,我们可以根据问题的出现背景进行合理的假设,从而绕过这些最坏情况的障碍,并严格分析实际中使用的启发式方法,以及从根本上设计出解决机器学习中一些核心、重复性问题的新方法。

 退一步讲,越过最坏情况分析的想法与理论计算机科学本身一样古老(毕竟,在真实输入上表现良好的启发式方法也是古老的(比现代机器学习早很多),因此需要解释它们)。实际上,理解“典型”实例上算法的行为,有许多不同的含义,包括:

1)输入的概率模型,甚至是结合最坏情况和平均情况分析的混合模型,如半随机模型或平滑分析。

2)度量问题复杂度以及要求算法针对简单输入速度快的方式,例如参数化复杂度。

3)稳定性概念,它试图阐明问题的哪些实例具有有意义的答案,以及哪些实例正是你实际想要解决的。

这绝不是主题或参考的详尽列表。无论如何,在本书中,我们将通过关于如何解决棘手问题的见解来处理机器学习问题。

最终,我们希望理论计算机科学和机器学习之间有很多可以互相借鉴的地方。理解为何用期望最大化或梯度下降等启发式方法处理非凸函数在实际中如此有效,对于理论计算机科学而言是一大挑战。但要在这些问题上取得进展,我们需要明白在机器学习背景下,哪种类型的模型和假设具有意义。另外,如果我们在这些困难的问题上取得进展,并探索出关于启发式方法为什么如此有效的新见解,就有希望对它们进行更好的设计。我们甚至可以希望找到全新的方法来解决机器学习中的一些重要问题,尤其是通过利用算法工具包中的现代工具。

                           

大伽推荐:

一本关于理论计算机科学和机器学习之间关联的高水平、快节奏的集大成之作—《机器学习算法》

图片

图片

该书还具有以下特点:

  • 第一、强调对灵活且易于操作的模型的需求,以简化机器学习。

  • 第二、介绍机器学习中的重要模型和主要问题,涵盖非负矩阵分解、主题模型、张量分解、稀疏恢复、稀疏编码、高斯混合模型和矩阵补全等。

  • 第三、以一种容易理解的方式介绍机器学习领域的前沿研究成果以及现代算法工具,包括矩量法、张量分解法和凸规划松弛法。

作者简介:

安柯·莫特拉(Ankur Moitra) 麻省理工学院洛克威尔国际数学系副教授。他是麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的首席研究员,也是计算理论小组、机器学习和统计中心的核心成员。他的工作目标是通过开发在行为推理方面具有可证明的保证和基础的算法,来在理论计算机科学和机器学习之间架起一座桥梁。他是帕克德奖学金、斯隆奖学金、美国国家科学基金会(NSF)终身成就奖、NSF计算与创新奖学金和赫兹奖学金的获得者。

译者推荐:

虽然机器学习的覆盖范围比较广,但本书主要集中在处理矩阵数据的矩阵运算算法方面,专业性比较强。相对于以往专注于机器学习理论以及机器学习算法实践方面的书籍,本书应该介于这两者之间,目的是使读者针对算法“知其然且知其所以然”。本书可以作为相关专业本科高年级学生或研究生的教材。

机器学习优化算法——梯度下降法 梯度下降法是最早最简单,也是最为常用的最优化方法。梯度下降法实现简单,当目标函数是凸函数时,梯度下降法的解是全局解。一般情况下,其解不保证是全局最优解,梯度下降法的速度也未必是最快的。 梯度下降法的优化思想是用当前位置负梯度方向作为搜索方向,因为该方向为当前位置的最快下降方向,所以也被称为是”最速下降法“。最速下降法越接近目标值,步长越小,前进越慢。 阅读详情

相关推荐

梯度下降算法实现原理(Gradient Descent)

梯度下降法(Gradient Descent)是一个算法,但不是像多元线性回归那样是一个具体做回归任务的算法,而是一个非常通用的优化算法来帮助一些机器学习算法求解出最优解的,所谓的通用就是很多机器学习算法都是用它,甚至深度学习也是用它来求解最优解。所有优化算法的目的都是期望以最快的速度把模型参数θ求解出来,梯度下降法就是一种经典常用的优化算法。   思想就类比于生活中的一些事情,比如你去询问你的一个朋友工资多少,他不会告诉你,但是他会让你去猜,然后告诉你猜的结果。你每说出一次答案,他就会说猜高了或是猜低了,

www_xuhss_com的博客 734

一文读懂EM期望最大化算法和一维高斯混合模型GMM

EM最大期望算法是一个数值求解似然函数极大值的迭代算法,就好像梯度下降算法是一种数值求解损失函数极小值的迭代算法一样。EM算法通常适合于随机变量依赖于另外一些不可观测的随机变量(称之为隐...

Python_Ai_Road的博客 1220

图灵奖得主亲授!深度学习视频课程精选

Read enough so you start developing intuitions and trust intuitions and go for it! 通过大量阅读来培养直觉,相信自己的直觉并大胆实践! —— Geoffrey Hinton 要说这两年最火的机器学习课程,当属吴恩达的《Machine Learning》。《Machine Learning》原本是吴恩达在斯坦福大学...

浅度寺 1212

美国计算机名校例如MIT ,CMU等招牌经典公开课程

美国计算机名校例如MIT ,CMU ,有哪些公认的好课并且有课程讲义的,适合国内学生自学的? https://www.zhihu.com/question/57532048 知乎高赞回答 1.作者:周博磊 https://www.zhihu.com/question/57532048/answer/153255177 谢邀。MIT的老师其实非常重视上课,准备很充分,都想更好地把知识传授给学生。下面...

Tiger数学之家的博客 5064

优化算法-从梯度下降到深度学习非凸优化

一、数学优化 1.1 定义 Mathematical Optimization(数学优化)问题,亦称最优化问题,是指在一定约束条件下,求解一个目标函数的最大值(或最小值)问题。 根据输入变量 ???? 的值域是否为实数域,数学优化问题可以分为离散优化问题和连续优化问题. 在连续优化问题中,根据是否有变量的约束条件,可以将优化问题分为无约束优化问题和约束优化问题. 1.2 线性优化和非线性优化 如果...

SHIDA优快云的博客 1526

机器学习-算法-有监督学习:EM(最大期望值算法)<=> MLE(最大似然估计法)【关系类似“梯度下降法”<=>“直接求导法”】【EM&“梯度下降”:先初始化一个随机值,然后通过迭代不断靠近真实值】

最大期望算法(Expectation-maximization algorithm,又译为期望最大化算法),是在概率模型中寻找参数最大似然估计或者最大后验估计的算法,其中概率模型依赖于无法观测的隐性变量。 它是一个基础算法,是很多机器学习领域算法的基础,比如隐式马尔科夫算法(HMM)等等。 最大期望算法经过两个步骤交替进行计算: 第一步是计算期望(E),利用对隐藏变量的现有估计值,计算其最大似然估计值; 第二步是最大化(M),最大化在E步上求得的最大似然值来计算参数的值。M步上找到的参数估计值被用于下一.

u013250861的博客 1070

【机器学习】非凸优化

非凸优化 http://arxiv.org/pdf/1712.07897.pdf 将学习问题表达为非凸优化问题的便利方式使算法设计者获得大量的建模能力 流行的解决方案是将非凸问题近似为凸优化,使用传统方法解决近似(凸)优化问题。 但是该方法可能造成损失,且对于大规模优化来说难度较高。 解决非凸优化的直接方法在多个领域中取得了巨大成功,现在仍是从业者常用的方法,因为

探索世界,改变世界 1万+

机器学习的优化目标、期望最大化(Expectation-Maximum, EM)算法、期望最大化(EM)和梯度下降对比

机器学习的优化目标、期望最大化(Expectation-Maximum, EM)算法、期望最大化(EM)和梯度下降对比 目录 机器学习的优化目标、期望最大化(Expectation-Maximum, EM)算法、期望最大化(EM)和梯度下降对比 机器学习的优化目标 期望最大化(Expectation-Maximum, EM)算法 期望最大化(EM)和梯度下降对比 机器学习的优化目标 在机器学习中,通常都会将我们所要求解的问题表示为一个带有未知参数的损失函数(Loss),如平均平方误差(M.

data+scenario+science+insight 807

梯度下降法

目录 梯度下降原理 梯度下降法公式: 梯度下降算法的过程 了解: 非凸函数和凸函数 补充 梯度下降原理 在单变量的函数中,梯度其实就是函数的微分,代表着函数在某个给定点的切线的斜率 在多变量函数中,梯度是一个向量,向量有方向,梯度的方向就指出了函数在给定点的上升最快的方向 代价函数,初始化,想要改变,使得代价函数达到一个全局最小值(局部最小值),其实是一个迭代的过程。 ...

qq_39153421的博客 1168

期望最大EM(Expectation Maximum)算法是什么?为什么有时候不用梯度下降而是用EM算法

EM(Expectation Maximum)的应用: EM算法有很多的应用,最广泛的就是GMM混合高斯模型、聚类(典型的KMeans算法的过程就属于EM算法)、HMM等等。 EM的核心工作就是隐变量的估计。 EM算法是怎么操作的:   首先,初始化参数θ   (1)E-Step:根据参数θ计算每个样本属于zi的概率,即这个身高来自四川或东北的概率,这个概率就是Q   (2)M-Step:根据计算得到的Q,求出含有θ的似然函数的下界并最大化它,得到新的参数θ   重复(1)和(2)..

data+scenario+science+insight 934

【信息科学与工程学】计算机科学与自动化-——第十五篇云计算 11 算法篇

在百万级虚拟机、百万级租户的超大规模云环境中,核心算法挑战包括:挑战维度具体问题算法需求技术复杂度规模性​百万级对象并发管理分布式算法、分区算法极高(NP-hard问题)多租户​租户间隔离与资源共享公平性算法、隔离算法高(多目标优化)动态性​资源需求实时变化自适应算法、在线算法高(实时决策)异构性​硬件/负载/需求差异分类算法、匹配算法中高(多维度优化)经济性​资源利用率与成本平衡优化算法、博弈论算法高(多目标博弈)以下是按领域分类的详细算法列表:算法名称数学建模表达核心思想时间复杂度适用场景推理步骤首次适

weixin_49199313的博客 1395

非凸优化问题的几种经典解法

在研究中,对于非凸问题进行优化通常有以下三种传统的方法 一、块坐标下降法 在每次迭代的过程中,只针对一个变量进行优化求解,其余变量保持不变,然后交替求解。 二、逐次凸逼近法 将目标函数在定点进行一阶泰勒展开,然后构建近似函数,近似函数代替原目标函数进行求解。 三、松弛变量引入法 引入松弛变量,将原目标函数中难以解决的公式部分用松弛变量代替,使目标函数变为凸函数。 ...

pengmingjv的博客 1万+

【信息科学与工程学】【安全领域】第七十篇 负载均衡设备的主要算法01

每个服务器有一个对槽位的偏好排序, 调度器(表)需要为每个槽位分配一个服务器, 目标是整体上满足所有服务器的偏好(即均匀填充), 同时保持稳定性(变化小)。: 对于一个新到达的请求, 如果将其分配到当前有cj个请求(包括正在服务的)的服务器sj, 其期望等待时间为 (cj + 1) / μj。输入:服务器集群S={s1, s2, ..., sn}, 权重W={w1, w2, ..., wn}, 当前指针i。输出:选中的服务器sj。输入:服务器集群S, 各服务器当前活动连接数cj, 各服务器预设权重wj。

weixin_49199313的博客 523

非凸函数求解

Set Cover Problem

Swayzzu的博客 2795

【信息科学与工程学】【审计学】第一篇 招投标领域审计算法01

在每个关键流程节点(如文件上传、开标唱标、评标结束), 计算该环节所有电子文件的数字指纹(如SHA-256哈希值), 并将指纹和元数据(时间、操作人)上链存证。:从发票、合同中提取材料品名、规格、采购价、时间、地点。:对每个供应商, 提取其在历史投标中的行为序列特征, 如:中标率、与特定伙伴同时投标率、自身高报价次数、在伙伴中标项目中的“弃标”或“无效标”次数。:监控开标、评标现场音视频, 识别异常情绪(激烈争吵)、敏感关键词(“打点”、“关照”)、异常物品传递、私下交流等违规行为。

weixin_49199313的博客 815

最大化期望与梯度下降的比较:Python实现

最大化期望(Expectation Maximization)和梯度下降(Gradient Descent)是两种常用的优化方法。最大化期望(Expectation Maximization,简称EM)是一种迭代算法,用于在存在隐变量的概率模型中估计参数。它的主要思想是通过迭代的方式不断优化参数,使得观测数据的似然函数达到最大化。梯度下降的基本思想是通过迭代的方式更新参数,使得目标函数在参数空间中逐渐收敛到局部最优解。它的核心是计算目标函数关于参数的梯度,然后沿着梯度的反方向更新参数。步骤1:初始化参数。

BugHunterX的博客 201

【机器学习300问】139、Post-LN 和 Pre-LN 的区别?

Post-LN与Pre-LN的核心区别在于LayerNorm的位置:Post-LN在残差连接后,导致梯度需经LayerNorm变换,深层易出现梯度衰减或震荡;Pre-LN先做归一化,使输入稳定,残差路径梯度可无损回传,显著提升深层训练稳定性。尽管Pre-LN支持更深层次模型(如LLaMA、Qwen),但存在“深度诅咒”——深层贡献不足。相比之下,Post-LN浅层表现尚可,深层数易发散。因此,现代大模型普遍采用Pre-LN以保障训练可靠性。

qq_39780701的博客 390

Algorithmic Aspects of Machine Learning (MIT 18.409)

Algorithmic Aspects of Machine Learning (MIT 18.409)

上一篇: linux下查看文件编码及修改编码
下一篇: 第一篇:UnicodeDecodeError: ‘utf-8‘ codec can‘t decode byte 0xc3 in position 0: invalid continuation byt
火星种萝卜
博客等级 码龄19年 438粉丝 304原创
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付:10.00元
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
实付元
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