Машинное обучение и Искусственный Интеллект

Например, мы можем создать программу машинного обучения с большим объемом изображений птиц, и обучить модель возвращать название птицы всякий раз, когда мы даем изображение птицы.

Когда для модели отображается изображение птицы, она маркирует изображение с некоторой степенью достоверности.

Этот тип машинного обучения называется контролируемым обучением, где алгоритм обучается на данных, размеченных человеком.

Чем больше примеров мы предоставляем контролируемому алгоритму обучения, тем точнее он производит классификацию новых данных.

Неуправляемое обучение, это еще один тип машинного обучения, которое основывается на предоставлении алгоритму неразмеченных данных и позволяет ему самостоятельно находить шаблоны.

Вы предоставляете просто входные данные, и позволяете машине делать выводы и находить шаблоны.

Этот тип обучения может быть полезен для кластеризации данных, когда данные группируются в соответствии с тем, насколько они похожи на своих соседей и отличаются от всего остального.

Как только данные кластеризованы, можно использовать различные методы для изучения этих данных и поиска шаблонов.

Например, можно создать алгоритм машинного обучения с постоянным потоком сетевого трафика и позволить ему независимо изучать активность в сети – базовый уровень, нормальную сетевую активность, а также выбросы и, возможно, злонамеренное поведение, происходящее в сети.

Третий тип алгоритма машинного обучения, обучение с подкреплением, это алгоритм машинного обучения с набором правил и ограничений и позволяет ему учиться достигать целей.

Вы определяете состояние, желаемую цель, разрешенные действия и ограничения.

И алгоритм выясняет, как достичь цели, пробуя различные комбинации разрешенных действий, и его награждают или наказывают в зависимости от того, было ли решение правильным.

Алгоритм изо всех сил старается максимизировать свои вознаграждения в рамках предусмотренных ограничений.

И вы можете использовать обучение с подкреплением, чтобы научить машину играть в шахматы или преодолеть какие-либо препятствия.

Таким образом, машинное обучение – это широкая область, и мы можем разделить его на три разные категории: контролируемое обучение, неконтролируемое обучение и обучение с подкреплением.

И есть много разных задач, которые мы можем решить с помощью них.

В контролируемом обучении, в наборе данных есть метки, и мы используем их для построения модели классификации данных.

Это означает, что, когда мы получаем данные, у них есть метки, которые говорят о том, что представляют эти данные.

В примере с сердцем, у нас была таблица с метками, это сердечный ритм, возраст, пол и вес.

И каждой такой метке соответствовали значения.

При неконтролируемом обучении у нас нет меток, и мы должны обнаружить эти метки в неструктурированных данных.

И такие вещи обычно делаются с помощью кластеризации.

Обучение с подкреплением – это другое подмножество машинного обучения, и оно использует вознаграждение для наказания за плохие действия или вознаграждение за хорошие действия.

И мы можем разделить контролируемое обучение на три категории: регрессия, классификация и нейронные сети.

Модели регрессии строятся с учетом взаимосвязей между признаками x и результатом y, где y – непрерывная переменная.

По сути, регрессия оценивает непрерывные значения.

Нейронные сети относятся к структурам, которые имитируют структуру человеческого мозга.

Классификация, с другой стороны, фокусируется на дискретных значениях, которые она идентифицирует.

Мы можем назначить дискретные результаты y на основе многих входных признаков x.

В примере с сердцем, учитывая набор признаков x, таких как удары в минуту, вес тела, возраст и пол, алгоритм классифицирует выходные данные y как две категории: истина или ложь, предсказывая, будет ли сердце работать нормально или нет.

В других классификационных моделях мы можем классифицировать результаты по более чем двум категориям.

Например, прогнозирование, является ли данный рецепт рецептом индийского, китайского, японского или тайского блюда.

И с помощью классификации мы можем извлечь особенности из данных.

Особенности в этом примере сердцем, это сердечный ритм или возраст.

Особенности – это отличительные свойства шаблонов ввода, которые помогают определить категории вывода.

Здесь каждый столбец является особенностью, а каждая строка – точкой ввода данных.

Классификация – это процесс прогнозирования категории заданных точек данных.

И наш классификатор использует обучающие данные, чтобы понять, как входные переменные относятся к этой категории.

Что именно мы подразумеваем под обучением?

Обучение подразумевает использование определенного алгоритма обучения для определения и разработки параметров модели.

Хотя для этого есть много разных алгоритмов, с точки зрения непрофессионала, если вы тренируете модель, чтобы предсказать, будет ли сердце работать нормально или нет, есть истинные или ложные значения, и вы будете показывать алгоритму некоторые реальные данные, помеченные как истинные, затем снова показывая данные, помеченные как ложные, и вы будете повторять этот процесс с данными, имеющими истинные или ложные значения.

И алгоритм будет изменять свои внутренние параметры до тех пор, пока он не научится распознавать данные, которые указывают на то, что есть сердечная недостаточность или ее нет.

При машинном обучении мы обычно берем набор данных и делим его на три набора: наборы обучения, проверки и тестирования.

Набор обучения – это данные, используемые для обучения алгоритма.

Набор проверки используется для проверки наших результатов и тонкой настройки параметров алгоритмов.

Данные тестирования – это данные, которые модель никогда не видела прежде и которые используются для оценки того, насколько хороша наша модель.

Опять же, чтобы повторить, модель машинного обучения – это алгоритм, используемый для поиска закономерностей в данных без программирования в явном виде.

В то время как машинное обучение является подмножеством искусственного интеллекта, глубокое обучение является специализированным подмножеством машинного обучения.

Глубокое обучение основывается на алгоритмах машинного обучения, которые основываются на структуре и функциях мозга, и эти алгоритмы называются искусственными нейронными сетями.

Эти сети предназначены для непрерывного обучения в процессе работы для повышения качества и точности результатов.