機(jī)器學(xué)習(xí)算法及應(yīng)用

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1、WORD格式整理機(jī)器學(xué)習(xí)方法及應(yīng)用1、機(jī)器學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)是生物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高級整合技能之一,是人類獲取知識的重要途徑和人類智能的重要標(biāo)志,按照人工智能大師H·Simon的觀點[1]:學(xué)習(xí)就是系統(tǒng)在不斷重復(fù)的工作中對本身能力的增強(qiáng)或改進(jìn),使得系統(tǒng)在下一次執(zhí)行同樣或相類似的任務(wù)時,會比原來做得更好或效率更高。機(jī)器學(xué)習(xí)則是計算機(jī)獲取知識的重要途徑和人工智能的重要標(biāo)志,是一門研究怎樣用計算機(jī)來模擬或?qū)崿F(xiàn)人類學(xué)習(xí)活動的學(xué)科,是研究如何使機(jī)器通過識別和利用現(xiàn)有知識來獲取新知識和新技能。一般認(rèn)為,機(jī)器學(xué)習(xí)是一個有特定目的的知識獲取過程,其內(nèi)部表現(xiàn)為從

2、未知到已知這樣一個知識增長過程,其外部表現(xiàn)為系統(tǒng)的某些性能和適應(yīng)性的改善,使得系統(tǒng)能完成原來不能完成或更好地完成原來可以完成的任務(wù)。它既注重知識本身的增加,也注重獲取知識的技能的提高。1.1機(jī)器學(xué)習(xí)基本模型以H·Simon的學(xué)習(xí)定義作為出發(fā)點,建立如圖1的基本模型。在機(jī)器學(xué)習(xí)的過程中,首要的因素是外部環(huán)境向系統(tǒng)提供信息的質(zhì)量。外部環(huán)境是以某種形式表達(dá)的外界信息集合,它代表外界信息來源;學(xué)習(xí)是將外界信息加工為知識的過程,先從環(huán)境獲取外部信息,然后對這些信息加工形成知識,并把這些知識放入知識庫中;知識庫中存放指導(dǎo)執(zhí)行部分動作的一般原則,

3、由于環(huán)境向?qū)W習(xí)系統(tǒng)提供的信息形形色色,信息質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到學(xué)習(xí)部分容易實現(xiàn)還是雜亂無章。而知識庫則是影響學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計的第二個因素,由于知識庫可能不同,表達(dá)方式各有特點,在選擇表示方式上要兼顧表達(dá)能力強(qiáng)、易于推理、易于完善及擴(kuò)展知識表示等幾個方面的要求。執(zhí)行環(huán)節(jié)是利用知識庫中的知識完成某種任務(wù)的過程,并把完成任務(wù)過程中所獲得的一些信息反饋給學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),以指導(dǎo)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。1.2機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展和研究目標(biāo)機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能研究較為年輕的分支,它的發(fā)展過程大體上分為四個時期[2]。第一階段是20世紀(jì)50年代中葉到60年代中葉,屬于熱烈時期

4、。在這個時期,所研究的是“沒有知識”的學(xué)習(xí),即“無知”學(xué)習(xí)。其研究目標(biāo)是各類自組織系統(tǒng)和自適應(yīng)系統(tǒng),其主要研究方法是不斷修改系統(tǒng)的控制參數(shù)和改進(jìn)系統(tǒng)的執(zhí)行能力,不涉及與具體任務(wù)有關(guān)的知識。本階段的代表性工作是:塞繆爾(Samuel)的下棋程序。但這種學(xué)習(xí)的結(jié)果遠(yuǎn)不能滿足人們對機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的期望。第二階段是在60年代中葉到70年代中葉,被稱為機(jī)器學(xué)習(xí)的冷靜時期。本階段的研究目標(biāo)是模擬人類的概念學(xué)習(xí)過程,并采用邏輯結(jié)構(gòu)或圖結(jié)構(gòu)作為機(jī)器內(nèi)部描述。本階段的代表性工作有溫斯頓(Winston)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和海斯羅思(Hayes-Roth)等

5、的基本邏輯的歸納學(xué)習(xí)系統(tǒng)。專業(yè)資料值得擁有WORD格式整理第三階段從20世紀(jì)70年代中葉到80年代中葉,稱為復(fù)興時期。在此期間,人們從學(xué)習(xí)單個概念擴(kuò)展到學(xué)習(xí)多個概念,探索不同的學(xué)習(xí)策略和方法,且在本階段已開始把學(xué)習(xí)系統(tǒng)與各種應(yīng)用結(jié)合起來,并取得很大的成功,促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展。1980年,在美國的卡內(nèi)基—梅隆(CMU)召開了第一屆機(jī)器學(xué)習(xí)國際研討會,標(biāo)志著機(jī)器學(xué)習(xí)研究已在全世界興起。當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)圍繞三個主要研究方向進(jìn)行:1.面向任務(wù):在預(yù)定的一些任務(wù)中,分析和開發(fā)學(xué)習(xí)系統(tǒng),以便改善完成任務(wù)的水平,這是專家系統(tǒng)研究中提出的研究問題;2.

6、認(rèn)識模擬:主要研究人類學(xué)習(xí)過程及其計算機(jī)的行為模擬,這是從心理學(xué)角度研究的問題;3.理論分析研究:從理論上探討各種可能學(xué)習(xí)方法的空間和獨立于應(yīng)用領(lǐng)域之外的各種算法。這三個研究方向各有自己的研究目標(biāo),每一個方向的進(jìn)展都會促進(jìn)另一個方向的研究。這三個方面的研究都將促進(jìn)各方面問題和學(xué)習(xí)基本概念的交叉結(jié)合,推動了整個機(jī)器學(xué)習(xí)的研究。機(jī)器學(xué)習(xí)的研究目標(biāo)大致有三個方向,一個方向是基礎(chǔ)性訓(xùn)究,發(fā)展各種適合機(jī)器特點的學(xué)習(xí)理淪,探討所有可能的學(xué)習(xí)方法,比較人類學(xué)習(xí)與機(jī)器學(xué)習(xí)的異同與聯(lián)系;一個方向是以模擬人類的學(xué)習(xí)過程出發(fā),試圖建立學(xué)習(xí)的認(rèn)識生理學(xué)模型

7、,這個方向與認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān);一個方向是應(yīng)用研究,建立各種實用的學(xué)習(xí)系統(tǒng)或知識獲取輔助工具,在人工智能科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域建立自動獲取知識系統(tǒng),積累經(jīng)驗,完善知識庫與控制知識,進(jìn)而能使機(jī)器的智能水平像人類一樣。2.機(jī)器學(xué)習(xí)方法2.1機(jī)械學(xué)習(xí)機(jī)械學(xué)習(xí)就是記憶,即把新的知識存儲起來,供需要時檢索調(diào)用,而無須計算和推理。任何學(xué)習(xí)系統(tǒng)都必須記住它們獲取的知識。在機(jī)械學(xué)習(xí)系統(tǒng)中,知識的獲取以較為穩(wěn)定和直接的方式進(jìn)行,不需要系統(tǒng)進(jìn)行過多的加工。而對于其他學(xué)習(xí)系統(tǒng),需要對各種建議和訓(xùn)練例子等信息進(jìn)行加工處理后,才能存儲起來。當(dāng)機(jī)械學(xué)習(xí)系統(tǒng)的執(zhí)行部

8、分解決好問題之后,系統(tǒng)就記住該問題及其解?？梢园褜W(xué)習(xí)系統(tǒng)的執(zhí)行部分抽象地看成某個函數(shù),該函數(shù)在得到自變量輸入值(X1,X2,…,Xn)之后,計算并輸出函數(shù)值(Y1,Y2,…,Yp)。機(jī)械學(xué)習(xí)在存儲器中簡單地記憶存儲對((X1,X2,…