统计机器学习的基础知识
- 格式:pdf
- 大小:44.89 KB
- 文档页数:4
机器学习的理论基础机器学习是一种近年来广受欢迎的技术,它可以让计算机通过不断地学习和优化,从而不断地提高自己的性能。
机器学习是一门涉及数学、统计学、计算机科学等多学科的综合性学科,它的理论基础非常重要。
在本文中,我们将探讨机器学习的理论基础,包括机器学习的定义、模型、常用算法等方面。
一、机器学习的定义机器学习是一种人工智能(AI)的分支,旨在通过让计算机从数据中学习模式、构建模型,预测和决策,自动掌握新的知识和技能等方式来提高计算机的性能。
在机器学习中,数据是非常重要的,因为它们是构建模型的基础。
机器学习的目标是让计算机能够处理大量数据并从中获取有用的信息。
机器学习有三种主要类型,包括监督学习、非监督学习和强化学习。
监督学习是指,给予计算机一系列样本(包括输入和输出),让计算机从样本中学习到输入和输出之间的映射关系,从而让计算机能够对未知的输入数据进行预测或分类。
非监督学习是指,计算机只有一组输入数据,无法得到输出标签,任务是让计算机自动发现这些数据集中的模式和结构。
强化学习是指,计算机通过尝试最大化在特定环境中的奖励来学习特定任务,从而优化其策略和行为。
二、机器学习的模型机器学习模型是机器学习算法的核心。
机器学习可以通过一些基本模型来解决不同的问题。
以下是一些基本的机器学习模型:1. 线性回归模型线性回归模型是一种预测数值的监督学习模型,它假设输入数据和输出数据之间存在线性关系。
该模型通过最小化均方误差来找到最佳的拟合直线,使其与输入数据点之间的误差最小化。
2. 逻辑回归模型逻辑回归模型是一种预测分类的监督学习模型,它通过将输入数据乘以权重系数和偏差项,然后将乘积送入S形函数中,将结果映射到0和1之间,得到一个二元分类模型。
3. 决策树模型决策树模型是一种基于树状结构的监督学习模型,它通过将输入数据分成不同的区域,从而将数据分类。
决策树的每个节点表示一个特征,每个分支表示这个特征的一个取值,叶子节点表示一个分类结果。
机器学习应用基础知识文档简介机器学习是从数据中学习模式和关系的计算机科学的一个分支。
它是人工智能的核心组成部分,广泛应用于数据科学、金融和医疗等领域。
机器学习的主要方法机器学习的主要方法包括有监督学习、无监督学习和强化学习等。
•有监督学习有监督学习是机器学习的一种常见方法,涉及使用已知数据进行模型训练,以预测新数据的输出。
•无监督学习无监督学习是机器学习的一种常见方法,涉及使用未知数据进行模式发现和关联分析等方面。
•强化学习强化学习是机器学习的一种常见方法,涉及使用agent学习一个决策策略, 以最优化回报的决策结果等方面。
机器学习的应用领域机器学习的应用领域非常广泛,包括自然语言处理、计算机视觉、语音识别和时间序列预测等方面。
技术路线图•机器学习框架机器学习框架是人工智能的一个重要工具,包括TensorFlow、PyTorch和Keras等框架。
•机器学习算法机器学习算法是机器学习的一个重要组成部分,包括监督学习、无监督学习和强化学习等算法。
机器学习的实验案例机器学习的实验案例包括图像分类、自然语言处理和强化学习等方面。
研究摘要本文档为数据分析团队提供了机器学习应用的基础知识,包括主要方法、应用领域和技术路线图等内容。
文档涵盖了机器学习的核心原理和最新进展,适合数据科学背景的研究人员阅读理解。
同时,文档还提供了具体的案例研究和文献综述,以帮助新人快速融入机器学习应用开发团队。
文档结构和主要内容本文档共分为六章,包括机器学习的主要方法、应用领域、技术路线图、实验案例、研究综述和结论等内容。
结论机器学习是数据科学的一个重要组成部分,广泛应用于金融和医疗等领域。
通过本文档的学习,新人将能快速融入机器学习应用开发团队,并为公司的发展做出贡献。
机器学习的知识点总结1. 机器学习概述机器学习是研究如何通过计算机系统从数据中学习规律并做出预测和决策的一门学科。
通过对大量的数据进行分析和学习,机器能够从中总结出规律和模式,并且可以根据以往的数据做出预测和决策。
2. 机器学习的分类机器学习可以根据学习方式分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习四种。
(1)监督学习:在监督学习中,我们将数据集分为训练集和测试集,然后使用训练集的数据来构建模型,最后使用测试集的数据来评估模型的预测准确度。
监督学习的典型应用包括分类和回归问题。
(2)无监督学习:在无监督学习中,我们不需要事先标记数据,模型会自行从数据中学习出模式和结构。
无监督学习的典型应用包括聚类和降维。
(3)半监督学习:半监督学习结合了监督学习和无监督学习的方法,使用少量标记数据和大量未标记数据进行模型的构建。
半监督学习能够在数据量不足的情况下有效提高模型的性能。
(4)强化学习:在强化学习中,机器学习系统通过与环境的交互学习,根据不同的动作获得奖励和惩罚。
强化学习的典型应用包括游戏、机器人控制和自动驾驶系统等。
3. 机器学习的算法机器学习有许多不同的算法,可以根据数据的特点和问题的要求选择适合的算法。
(1)监督学习算法:- 线性回归:用于解决回归问题,通过拟合一条直线或者多项式曲线来描述输入特征和输出标签之间的关系。
- 逻辑回归:用于解决分类问题,通过对输出结果进行逻辑变换来得到分类概率。
- 决策树:用于解决分类和回归问题,通过不断划分特征空间来构建树形结构来进行预测。
- 随机森林:通过多棵决策树的集成来提高模型的性能和泛化能力。
- 支持向量机:通过将数据映射到高维空间来解决非线性问题,同时最大化分类间隔。
(2)无监督学习算法:- K均值聚类:将数据点划分为K个不同的簇,每个簇内的数据点都具有相似的特征。
- 主成分分析:将高维数据降维到低维空间,同时保留大部分数据的信息。
- K近邻算法:通过找到与新样本最接近的K个样本,进行分类或回归预测。
计算机数据分析方法利用统计和机器学习解析和理解数据在当今信息时代,大量的数据被生成和收集,对这些数据进行高效的分析和解释变得至关重要。
计算机数据分析方法的发展使得科学家、工程师和业务领域的从业者能够利用统计和机器学习等技术来解析和理解数据。
本文将介绍计算机数据分析方法中的统计和机器学习,并探讨它们如何应用于数据分析领域。
一、统计方法在数据分析中的应用统计方法是一种利用数理统计原理和方法对数据进行分析和推断的方法。
在数据分析中,统计方法能够通过收集、整理和摘取样本数据来获得总体或总体特征的部分信息,从而对数据进行分析和推断。
1. 描述性统计描述性统计是统计方法中的一种基本方法,用于对数据进行描述和总结。
描述性统计常用的统计指标包括均值、中位数、标准差等。
这些指标能够提供对数据集中集中趋势、离散程度和分布情况的认识。
利用描述性统计方法,可以对数据进行可视化展示,进一步加深对数据的理解。
2. 推断统计推断统计是统计方法中的一种重要方法,用于基于样本数据对总体数据进行推断。
推断统计主要通过假设检验和置信区间来进行推断。
假设检验可以根据样本数据对总体数据的假设进行检验,进而进行统计推断。
而置信区间则根据样本数据对总体数据的范围进行估计,提供了对总体参数估计的区间范围。
3. 相关分析相关分析是统计方法中用于研究变量之间关系的一种方法。
通过计算变量之间的相关系数,可以确定变量之间的相关关系强度和方向。
相关分析可以帮助确定数据中的关联性,进而揭示变量之间的潜在模式和规律。
这对于理解数据背后的因果关系以及预测未来趋势等方面具有重要意义。
二、机器学习方法在数据分析中的应用机器学习是一种利用计算机算法从数据中学习和获取知识的方法。
机器学习方法通过对数据的学习和模式识别,实现自动化的数据分析和预测。
1. 监督学习监督学习是机器学习中的一种主要方法,通过已知标签的训练数据来训练模型,实现对未知数据进行分类或回归预测。
监督学习的常见算法包括决策树、支持向量机和神经网络等。
机器学习的基础知识机器学习的基础知识随着人工智能技术的迅速发展,机器学习逐渐成为了一个热门话题。
机器学习是一种利用数据和算法来帮助计算机自动地进行学习和预测的技术。
在机器学习中,计算机可以通过数据分析和模式识别来发现规律和趋势,并根据这些规律自动地进行决策和预测。
在本文中,我们将介绍机器学习的基础知识,包括机器学习的定义、机器学习的分类、机器学习的流程、机器学习的应用等。
一、机器学习的定义机器学习是一种利用数据和算法来帮助计算机自动地进行学习和预测的技术。
它是人工智能技术的重要分支之一,也是数据科学和大数据时代的重要应用之一。
在机器学习中,计算机可以通过数据分析和模式识别来发现规律和趋势,并根据这些规律自动地进行决策和预测。
机器学习可以应用于各种领域,包括金融、医疗、企业、政府等,可以帮助人们更好地利用数据和信息来进行决策和管理。
二、机器学习的分类机器学习可以根据其学习方式和目标问题的类型进行分类。
根据学习方式,机器学习可以分为监督学习、无监督学习和强化学习。
根据目标问题的类型,机器学习可以分为分类、回归、聚类、降维等。
1.监督学习监督学习是指学习过程中,数据集已经有标记,也就是已知数据和对应的输出结果。
在监督学习中,计算机通过训练数据集来学习输入和输出之间的映射关系,然后应用学习的映射关系来对未知数据进行预测或分类。
常见的监督学习算法包括决策树、随机森林、神经网络等。
2.无监督学习无监督学习是指学习过程中,数据集没有标记,也就是未知数据和输出结果。
在无监督学习中,计算机通过对数据进行聚类、降维等操作来发现数据中的内在结构和规律。
无监督学习常见的算法包括K-means聚类、朴素贝叶斯等。
3.强化学习强化学习是指在智能体与环境互动的框架下,通过尝试和错误的方式来学习最优策略的机器学习方法。
在强化学习中,智能体通过对环境的反馈来学习哪些动作是正确的,哪些动作是错误的。
强化学习常见的算法包括Q-learning、SARSA等。
掌握机器学习数学基础之概率统计1. 机器学习为什么要使⽤概率2. 概率学派和贝叶斯学派3. 何为随机变量和何⼜为概率分布?4. 条件概率,联合概率和全概率公式:5. 边缘概率6. 独⽴性和条件独⽴性7. 期望、⽅差、协⽅差和相关系数8. 常⽤概率分布9. 贝叶斯及其应⽤10. 中⼼极限定理11. 极⼤似然估计12. 概率论中的独⽴同分布?机器下学习为什么要使⽤概率1. 我们借助概率论来解释分析机器学习为什么是这样的,有什么依据,同时反过来借助概率论来推导出更多机器学习算法。
很多⼈说机器学习是⽼中医,星座学,最主要的原因是机器学习的很多不可解释性,我们应⽤概率知识可以解释⼀部分,但还是很多值得我们去解释理解的东西,同时,什么时候机器学习更多的可解释了,反过来,可以⽤那些理论也可以继续为机器学习的,对⼈⼯智能创造推出更多的理论,等到那⼀天,也许真的能脱离更多的⼈⼯智障了。
2. 这是因为机器学习通常必须处理不确定量,有时也可能需要处理随机 (⾮确定性的) 量。
不确定性和随机性可能来⾃多个⽅⾯。
总结如下,不确定性有三种可能的来源:被建模系统内在的随机性:例如⼀个假想的纸牌游戏,在这个游戏中我们假设纸牌被真正混洗成了随机顺序。
假如这个时候你要对这个这个游戏建模(预测抽的牌点数也好,预测怎么玩才会赢也罢),虽然牌的数量和所有牌有什么是确定的,但是若我们随机抽⼀张,这个牌是什么是随机的。
这个时候就要使⽤概率去建模了。
不完全观测:例如⼀个游戏节⽬的参与者被要求在三个门之间选择,并且会赢得放置在选中门后的奖品。
其中两扇门通向⼭⽺,第三扇门通向⼀辆汽车。
选⼿的每个选择所导致的结果是确定的,但是站在选⼿的⾓度,结果是不确定的。
在机器学习中也是这样,很多系统在预测的时候,是不确定的,这个时候我们就要⽤⼀个”软度量“即概率去描述它。
不完全建模:假设我们制作了⼀个机器⼈,它可以准确地观察周围每⼀个对象的位置。
在对这些对象将来的位置进⾏预测时,如果机器⼈采⽤的是离散化的空间,那么离散化的⽅法将使得机器⼈⽆法确定对象们的精确位置:因为每个对象都可能处于它被观测到的离散单元的任何⼀个⾓落。
机器学习基础教程在当今信息时代,我们每天都会面临大量的数据,如何从这些数据中提取有用的信息并帮助我们做出更好的决策成为了我们所关注的焦点。
以往的人类从业经验或者现有理论构建的模型已经无法胜任这个任务,这便是机器学习技术的发展背景。
本文将为大家介绍机器学习的基础知识。
1、机器学习—什么是机器学习机器学习是人工智能的一个分支,是指通过对数据进行自动学习,让计算机拥有类人的学习能力的技术。
机器学习的主要任务是制订一种算法或模型,通过大量的数据训练,从而能够让计算机具有感知能力,从而得出需要的信息。
机器学习通常可以分为三个主要的部分:数据准备,训练模型以及预测。
2、机器学习—机器学习的分类机器学习可以分为监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习四个主要的分类。
- 监督学习:监督学习的核心思想是预测输出,它训练模型并通过测试数据验证模型的准确性。
它需要已标注的数据,即数据集要包含输入(自变量)和输出(因变量)的对应关系。
这些对应关系组成了一种模型,这个模型可以用于预测未来数据。
- 无监督学习:无监督学习则是在不需要标签的情况下自行学习。
无监督学习的分类不像监督学习那样规范,通常是通过聚类算法或非线性降维技术等先进的算法实现的。
- 半监督学习:半监督学习是监督学习和无监督学习的折衷方案,它利用无标注数据的学习能力增强监督学习算法的性能。
半监督学习算法的核心思路是让有标签数据和无标签数据一起参与算法的训练过程,从而提升模型的准确性- 强化学习:强化学习是通过收集数据和试错,以提高智能体在环境中的决策能力。
它的目标是设计一个具有学习能力的智能体,它可以感知到环境和状态,并通过在环境中采取行动,获得奖励和反馈来实现目标。
3、机器学习—如何进行机器学习机器学习通常的流程如下:(1)数据的准备:机器学习的第一步是数据准备。
在这一阶段,需要收集数据并对数据进行清洗和标注,使它们变得容易理解和分析。
(2)特征提取:在数据收集后,需要将数据转换为可以供算法使用的特征向量,通常可以使用特征提取技术将数据转换为数字形式。
机器学习该怎么入门简单来说,入门就是数学基础+编程,也可以学一些简单的算法,看一些数据分析课程来提高数据处理能力等等。
一些高难的算法可以等到入门后摸索着去学习和理解,当然上来不建议直接读算法书,对于没有基础的小白来说简直就如天书一般。
首先,我认为最重要的就是学好数学,打好数学的基本功,这样看机器学习里面那样复杂的公式才不会觉得头疼,学起来才不会觉得吃力。
本科阶段是数学的我可以给大家来推荐一些我觉得有必要去学习的数学知识:总的来说,可以归纳为以下几方面的内容:1、微积分讲解之前先给大家介绍一下机器学习的概念,机器学习也被称为统计学习,是关于计算机基于数据构建概率统计模型并运用模型对于数据进行预测与分析的一门学科(到这里可以看出概率统计的学习很重要了,在第三部分我会详细讲到)。
这个概念里面的构建模型,参加过数学建模比赛的伙伴们的应该会有所了解,模型的构建大多是依赖于函数体系。
微积分可以说是专门研究函数的一门学科,比如说一元函数里面的极限,导数,泰勒公式,级数,多元函数里面的二重积分,三重积分,曲线曲面积分等等,读到这里很多考研的小伙伴会发现这不就是我每天做的高等数学题吗?没错,微积分可以说是高等数学的一个非常重要的分支,机器学习里面所用到的数学知识基本上就是考研数学一二三的内容和难度了。
但是考研数学书更像是为考研考研而准备的一种应试类型的书,想学习更多理论知识的话我给大家推荐华东师范大学数学系编写的《数学分析》,里面对于知识点的讲解很全面很透彻。
这也是很多高校数学专业所用的书籍,下面上图:2、线性代数线性代数这一部分对于考研的朋友们来说就更不陌生了,高数线代不分家,那么在机器学习中,机器学习算法的输入输出结果往往是由向量和矩阵的形式构成,下图可以详细地看到:因此线性代数学的不好的话可能连结果都看不懂。
最起码要了解最基础的概念,线性代数在概率论中也有应用,比如协方差矩阵,在图论中和应用有图的邻接矩阵等等,这两部分在下文中也会讲到,可以说数学这一部分的学习联系十分紧密。
机器学习基础知识点总结一、什么是机器学习在当今科技飞速发展的时代,机器学习已经成为了一个热门的话题。
但到底什么是机器学习呢?简单来说,机器学习就是让计算机通过数据和算法自动学习和改进的过程,而不需要人类进行明确的编程。
想象一下,你有一堆关于天气的数据,比如温度、湿度、风速等,还有对应的是否下雨的结果。
机器学习的任务就是从这些数据中找出规律,以便在未来给定新的天气数据时,能够预测是否会下雨。
机器学习的应用场景非常广泛。
从推荐你喜欢的电影、音乐,到预测股票价格的走势,再到医疗诊断中的疾病预测,它都发挥着重要的作用。
二、机器学习的分类机器学习大致可以分为三类:监督学习、无监督学习和强化学习。
监督学习是最常见的一种。
在监督学习中,我们给计算机提供带有标签的数据集,也就是既有输入数据,又有对应的正确输出。
比如,我们给计算机提供一堆手写数字的图片,同时告诉它每张图片对应的数字是多少。
然后计算机通过学习这些数据,学会识别新的手写数字。
常见的监督学习算法有线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机等。
无监督学习则不同,我们给计算机的数据没有标签。
计算机需要自己从数据中发现模式和结构。
比如,将一组客户的购买数据进行聚类,找出具有相似购买行为的客户群体,这就是无监督学习的一个应用。
常见的无监督学习算法有聚类算法(如 KMeans 聚类)、主成分分析等。
强化学习有点像训练宠物。
计算机通过与环境进行交互,采取一系列的行动,并根据得到的奖励或惩罚来调整自己的行为策略,以达到最大化奖励的目的。
比如,让一个机器人学会在复杂的环境中行走,就是强化学习的应用。
三、数据预处理在进行机器学习之前,数据预处理是非常重要的一步。
这就好比做菜前要先把食材清洗干净、切好一样。
首先,我们要处理缺失值。
数据中可能会存在一些缺失的部分,如果不处理好,会影响机器学习的效果。
处理缺失值的方法有很多,比如用平均值、中位数或者其他合适的值来填充。
其次,要对数据进行标准化或归一化。
机器学习的关键知识点机器学习是一门涉及人工智能和数据科学的领域,其目的是通过训练计算机模型,使其能够从数据中学习并做出预测或决策。
在机器学习中,有一些关键的知识点,掌握了这些知识点,可以帮助我们更好地理解和应用机器学习算法。
本文将介绍机器学习的关键知识点,包括监督学习、无监督学习、特征工程、模型评估和选择等。
1. 监督学习:监督学习是一种机器学习的方法,通过使用带有标签的数据来训练模型。
在监督学习中,我们需要将输入数据和对应的输出标签配对,然后让模型学习如何根据输入数据预测输出标签。
常见的监督学习算法包括线性回归、逻辑回归、决策树、支持向量机等。
2. 无监督学习:无监督学习是一种机器学习的方法,用于处理没有标签的数据。
在无监督学习中,我们的目标是从数据中发现隐藏的结构或模式。
常见的无监督学习算法包括聚类、降维、关联规则等。
聚类算法可以将相似的数据点分组,降维算法可以减少数据的维度,关联规则可以发现数据中的相关性。
3. 特征工程:特征工程是机器学习中非常重要的一环,它涉及到如何选择和提取数据中的特征,以及如何对这些特征进行预处理。
好的特征可以提高模型的性能,而糟糕的特征则可能导致模型的性能下降。
特征工程的一些常见技术包括特征选择、特征提取、特征变换等。
4. 模型评估和选择:在机器学习中,我们需要对模型进行评估和选择,以确定其性能和适用性。
常见的模型评估指标包括准确率、精确率、召回率、F1分数等。
为了选择最佳的模型,我们可以使用交叉验证、网格搜索等技术来比较不同模型的性能。
5. 过拟合和欠拟合:过拟合和欠拟合是机器学习中常见的问题。
过拟合指的是模型在训练数据上表现很好,但在测试数据上表现较差,这可能是因为模型过于复杂而导致的。
欠拟合指的是模型无法很好地拟合训练数据,这可能是因为模型过于简单而导致的。
为了解决过拟合和欠拟合问题,我们可以使用正则化技术、增加训练数据、调整模型复杂度等方法。
总结起来,机器学习的关键知识点包括监督学习、无监督学习、特征工程、模型评估和选择、过拟合和欠拟合等。
Basic of Statistical Learning Theory1The Statistical Learning FrameworkBefore we start learning,we need3things–domain set,label set and training data.Domain set is an arbitrary set X,a set of objects that we may wish to ually,these domain points will be represented by a vector of features.We also refer to domain points as instances and to X as instance bel set is a two-element set in pattern recognition,usually{0,1}or{−1,1}.Let Y denote our set of possible labels.Training data S=((x1,y1)...(x m,y m))is afinite sequence of pairs in X×Y,namely a sequence of labeled domain points.This is the input that the learner has access to and are often called training example,referred to S sometimes.A process of learning can be completed with the3inputs above,resulting in an output,a prediction rule h:X→Y.This function is also called a predictor or a classifier,used to predict the label of new domain ually use notaion A(S)to denote the classifier that a learning algorithm A, returns upon receiving the training sequence S.Training data is very important.We suppose the instances are generated by some probability dis-tribtution.Probability distribtution over X is denoted by D.Learner know nothing about this dis-tribtution,because this may be any arbitrary probability distribution,though there exists a suitable labeling fucntion f:X→Y,which is the target we want.Each pair in the training data S is generated byfirst sampling a point x i according to D and then labeled by f.Pay attention that learner can only learn the world through analyzing the training data.In other words,the learner is blind to the distribution and the labeling function,which can be treated as a white paper with a pen.Assume now we have get a learned labeling function,we are not confident because we don’t know if it is effective.The measurement of its effectiveness is called the error of a classifier.Error is not right,namely,it means the classifier does not predict correctly.More precisely,the error of h is the probability to draw a random instance x,according to the distribtution D,such that h(x)does not equal f(x).Mathematically,we define the error of a prediction rule,h:X→Y,to beL D,f(h)≜P x∼D[h(x)=f(x)]≜D({x:h(x)=f(x)})The subsecript(D,f)means the error is measured with respect to the probability distribtution D and the correct labeling function ually L stands for error,the loss of the learner.Recall loss function L,it is a non-negative function that measures disagreement between its argu-ments.When we have an estimator function f,we use a loss function to measure how well the estimator agrees with data.If we have paired data(x,y),the loss of the estimator is L(f(x),y). Risk R(f,P)is the expected risk for data drawn from distribtution PR(f,P)=E(x,y)∼P[L(f(x),y)]The empirical risk is the average loss of an estimator for afinite set of data drawn from P:R N(f)=1NN∑i=1L(f(x i),y i)The idea of risk minimization is not only measure the performance of an estimator by its risk,but to actually search for the estimator that minimizes risk over distribtution P.f∗=arg minf∈FR(f,P)Naturally,f ∗gives the best expected performance for loss L over the distribtution of any estimator in F .Because we do not know distribtution P we instead minimize empirical risk over a training dataset drawn from Pf †=arg min f ∈FR N (f )This general learning technique is called empirical risk minimization.Under stationarity and other regularity conditions,empirical risk minimizers converge.To prevent overfitting,the risk is often regularized to penalize complex hypotheses,which is called regulationf †=arg min f ∈F[R N (f )+cρ(f )]We have just said the ERM rule might lead to overfitting,which requires us more research.Is there a guarantee that ERM does not overfit in some circumstances?We can apply ERM rule in a restricted search space.Learner should be chose in advance in a set of functions called hypothesis class which is denoted by H .Each h ∈H is a function mapping from X to Y .For a certain H ,and certain training sample S ,the ERM H learner applies the ERM rule in choosing a predictor h ∈H .2PAC LearningThe output will be probably approximately correct if the ERM rule is applied to a sufficiently large traning sample whose size is independent of the underlying distribtution or labeling function,this is PAC learning.More precisely,a hypothesis class H is PAC learnable if there exist a fucntion m H :(0,1)2→N and a learning algorithm with the following property:For every ϵ,δ∈(0,1),for every distribtution D over X ,and for every labeling function f :X →{0,1},if the realizable assumption holds with respect to H ,D ,f ,then when running the learning algorithm on m ≥m H (ϵ,δ)i.i.d.examples generated by D and labeled by f ,the algorithm returns a hypothesis h such that,with probability of at least 1−δ(over the choice of the examples),L (D ,f )(h )≤ϵ.PAC learning includes 2approximation parameters.One is accuracy parameter ϵ,determining how far the output classifier can be from the optimal one,the other is a confidence parameter δindicating how likely the classifier is to meet that accuracy requirement.Since the training set is randomly generated,different training set may give different information,certain training set might give in-effective information.Few training set can cover all the aspects,so the accuracy parameter ϵbears some missing aspects.In our previous example m H :(0,1)2→N ,how many examples are required to guarantee a probably approximately correct solution,namely,how could we find a hypothesis class which is easy enough to learn.We need a quantity to measure its complexity.For finite hypothesis class,if m H (ϵ,δ)≤[log(|H|/δ)ϵ]3Regularization and Cross ValidationA typical way to choose model is regularization,a realization of structure risk minimization,adding a regularizer or penalty term to ERM.Regularizer is a monotonic increasing function of complexity,the more complex model is,the larger regularizer is.For example,regularizer could be a norm of model parameter vector.Mathematically,regularization has the follwing formmin f ∈F 1N N ∑i =1L (y i ,f (x i ))+λJ (f )Regularizer could be different forms.In regression problem,the loss function is squared loss,regu-larizer can be the L 2norm of parameter vector.L (w )=1N N ∑i =1[f (x i ;w )−y i ]2+λ2||w ||2||w||stands for the L2norm of parameter vector.Regularization is satisfied with Occam’s razor.In all the possible models,the one which is the simplest andfit the known data well is the best.Another common way of choosing model is cross validation.If we have enough data sets,a simple way to choose is split these sets in three parts–training set,validation set and test set.But,usually the quantity of sets is not enough,we can use the data over and over again.4Generalization AbilityThe generalization ability is the prediction ability of learner,the most important property of learner, always tested by measuring its uncertainty.This evaluation is based on testing data,so it might be unreliable.Let’sfirst introduce generalization error∫R exp(ˆf)=E P[L(Y,ˆf(X))]=L(y,ˆf(x))P(x,y)d x d yX×YBy researching its upper bound we can analyse its generalization ability.The upper bound of gener-alization error,a function of hypothesis space,is closer to0when the volume of samples is ually,generalization error is as decreasing as training error.5Generative Approach and Discriminative ApproachSupervised learning is studying a model,predcting an output according to its inputP(Y|X)which is divided into generative approach and discriminative approach,the learned model is called generative model and discriminative model repectively.Generative model gets united probability dstribution P(X|Y)by learning data,applying which it learned to predict,including naive Bayes and hidden Markov model.This method has good convergent ability and is applicable to hidden variables.Discriminative approach gets conditional probability dstribution P(X|Y)by learning data directly, including SVM.This method is more precise and much simpler.6Classification ProblemClassification is a core problem in supervised learning when output variable Y has discrete val-ues,while input variable X can be discrete or continuous.A classifier is expected in classification problem,making predictions.Solving classification problem including studying and classifying.In the process of studying,a classifier is generated via training data.In the process classfying,the generated classifier can do its work.The performace of a classifier is measured by accuracy,which is the ratio of correct predictions and total samples.Many statistical learning approach can be used to solve this problem,including naive Bayes and Logistic regression.In bank service,a customer classifier can be constructed to categorize customers by their loan risk.In network security,a log data classifier can inspect illegal invading.In image processing,a classifier can tell if there exiting human face.In hand writing recognition,a classifier can read hand writing nunmbers.7TaggingTagging is also a supervised learning,always treated as a generalized classification problem or an easier form of structure prediction problem.The output of tagging is a state sequence,while theinput is an observation sequence.In learning process,a training data set is givenT={(x1,y1),(x2,y3),···,(x N,y N)}here x i=(x(1)i,x(2)i,···,x(n)i )T is the input.y i=(y(1)i,y(2)i,···,y(n)i)T is the output,n is thelength of the sequence.A model is constructed by a conditional probability distribtutionP(Y(1),Y(2),···,Y(n)|X(1),X(2),···,X(n))Tagging problem is widely used in information extracting and natural language processing.For example,part of speech tagging in natural language processing is a typical tagging problem.Given a sentence composed by words,we need to tag the part of speech for every word.8Regression ProblemRegression is another important problem in supervised learning,predicting the relationship between the input and the output,particularly when the input is variant with output.A mapping function between the input and output is the regression model.In other words,regression is the same as curvefitting,choose a proper function curve tofit the known data and prediction the unknowns. Regression includes learning and prediction.First given a training dataT={(x1,y1),(x2,y2),···,(x N,y N)}x i∈R is input and y∈R is output.A model,function Y=f(X),is constructed based on training data.For new input x N+1,the prediction system gives an output y N+1accordingly.There is single regression and multivariable regression or linear regression and nonlinear regression. Squared loss function is widely used in regression in which there is a famous solution called least squares.Many problems in reality are similar to regression.For example,regression can be applied to busi-ness area,predicting market trending,managing product quality and analysing stock risk.Let us know a little about stock price prediction,suppose we know the price of one company’s stoke price in the past,say,every past day and any information which might perturb the price.The aim is to construct a model based on these information to predict the price of its stock in the following time point,which can be treated as regression.The information affecting stock price is the input variable and the price is output.The known price and past information are training data of the regression.9ConclusionStatistical machine learning is constructing of probability model by analysis of data and predic-tion,which including supervised,non-supervised,semi-supervised learning and reinforced learning. Three important factors in learning are model,strategy and algorithm.Supervised learning is based onfinite training data and a postulation of i.i.d.,applying certain evaluation rule,choosing a best model from hypothesis space,making reasonable prediction in given evaluation rule.。