什么是人工智能?
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1 什么是人工智能

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。
约翰·麦卡锡给出的定义：

  1. 构建智能机器，特别是智能计算机程序的科学和工程。
  2. 人工智能是一种让计算机程序能够“智能的”思考的方式。
  3. 思考的模式类似于人类。
    智能和智力是有区别的：智能包含智力，智力表现计算能力（聪明程度）

人工智能研究方向:

  1. 计算机视觉
  2. 自然语言处理
  3. 数据挖掘分析
  4. 综合应用
    无人驾驶
    机器人
    行业AI赋能(量化)

1.1 怎么样算有智能呢？

  1. 可以根据环境变化而做出相应变化的能力。
  2. 具有“存活”的最基本动因（求生欲）。
  3. 自主能力，自我意识，等等。

1.2 图灵测试

图灵在1950年提出了一个关于判断机器是否足够智能的著名实验（turing test）

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图灵测试（The Turing test）由艾伦·麦席森·图灵发明，指测试者与被测试者（一个人和一台机器）隔开的情况下，通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问。

进行多次测试后，如果机器让平均每个参与者做出超过30%的误判，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能。图灵测试一词来源于计算机科学和密码学的先驱艾伦·麦席森·图灵写于1950年的一篇论文《计算机器与智能》，其中30%是图灵对2000年时的机器思考能力的一个预测，目前我们已远远落后于这个预测。

1.3 需要的基础

最基本的是数学,微分积分、高等代数、统计学、概率论等等,甚至还需要有社会科学,心理学等等。

1.4 人工智能简史

  1. 1943年人工神经网络概念被提出，Artificial Neural Network，神经网络计算模型出现。

  2. 1956年约翰·麦卡锡 发起达特茅斯会议（定义AI,Artificial Intelligence） ，标志AI正式诞生。

  3. 1957年提出感知器，一种最简单的人工神经网络，是生物神经网络机制的简单抽象，将人工智能推向第一个高峰。

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    1970年后的十几年人工智能第一个寒冬，传统感知器耗费的计算量和神经元数目的平方成正比，当时的计算机计算能力远达不到这个水平。
    1982年提出霍普菲尔德神经网络，一种递归神经网络（根据回执反复计算），具有反馈机制（feed back）

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    1974年提出反向传播（back propagation）算法，没有收到重视。
    1986年重新提出完整算法（BP算法）使大规模神经网络训练成为可能，将人工智能推向第二个高峰。
    1990年开始人工智能第二个寒冬，美国政府因为Darpa项目失败，缩减投入。
    2006年提出深度学习（deep learning）指多层神经网络。同时进入感知智能时代（语音和图像识别）
    人工智能时代划分：
    运算智能、感知智能、认知智能
    2016年AlphaGo又一次掀起人工智能浪潮Google收购DeepMind公司的AlphaGo（基于TensorFlow）
    人工智能知识图谱：

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2 什么是机器学习

机器学习是实现人工智能的一种方法，深度学习是机器学习的一个分支

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2.1 什么是学习？

学习是一个过程：一个系统，通过执行某一个程序，改善其性能的动作。
学习的目的是“减熵”（熵：混乱程度，热力学第二定律：一个独立系统，倾向于自动增加熵）

2.2 机器学习的必要性

解决人工编程无法完成的任务。比如图像识别，自动驾驶等等。
人有状态好坏的差别，机器没有，不用容易犯错。
机器计算能力在某些维度远大于人类。

2.3 机器学习的概念

对某类任务T（Task）和性能P（Performance）通过经验E（Experience）改进后，在T上由性能度量P衡量的性能有所提升。

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2.4 传统编程和机器学习的区别

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训练猫握手，发出指令，对了给奖励，错了没有奖励。通过数据和结果希望猫学习到握手这个程序。
机器学习的目的就是通过数据和结果找到一个好的函数（function）

2.5 机器学习的分类

监督学习（分类，带标签）

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非监督学习（聚类，没有标签）

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半监督学习（聚类，部分带标签）
强化学习（基于奖励推动学习）

2.6 机器学习相关算法

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2.7 机器学习算法选型

分为四大类:分类,聚类,回归,降维
首先判断样本数量,大于50继续,不足需要收集更多数据
然后判断数据是否有类别,有类别备选分类和聚类,否则备选回归和降维
如果有类别,判断是否有标签,有标签分类,无标签聚类
没有类别时,判断是否需要预测数值,是回归,否降维

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机器学习词汇

节点
predicting a category：预测类别
predicting a quantity：预测数值
labeled data：是否数据打过标签

回归
SGD Regressor：随机梯度下降回归
Lasso/ElasticNet Lasso：弹性网络 回归
SVR (kernel=‘linear’)：支持向量机回归使用线性函数作为核函数
SVR (kernel=‘rbf’)：支持向量机回归使用径向基函数
RidgeRegressor：岭回归

分类
Linear SVC：线性支持向量机分类
Navie Bayes：朴素贝叶斯
KNeighbors Classifier：K近邻分类器
SVC：支持向量机分类器
SGD Classifier：随机梯度下降分类器
kernel approximation：核近似方法

聚类
MiniBatch KMeans：最小族(束)KMeans
KMeans：传统KMeans
Spectral Clustering：谱聚类
GMM：混合高斯模型
VBGMM：VB混合高斯模型

2.8 机器学习步骤

  1. 收集数据
  2. 准备数据
  3. 选择/建立模型
  4. 训练模型
  5. 测试模型（如成功则在此停止）
  6. 调节参数
    关键点：建模、评估、调优

2.9 其他概念

2.9.1 过拟合

欠拟合Underfitting
拟合完美fitting right
过拟合overfitting

回归中的体现

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分类中的体现

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2.9.2 解决过拟合的方法

降低数据量，减少不必要的数据降低拟合度。
正则化（代数几何），约束经验误差函数，引导函数向误差减小方向。
Dropout，训练时随机去除某些神经元，测试时使用全部神经元，达到泛化模型，防止过拟合。

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3 什么是深度学习

3.1 概念

简而言之就是基于深度（多层隐藏层）神经网络的学习。

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3.2 使用深度学习的必要条件

大量数据：图中看到数据量越大，效果越好
强计算力：强的计算力能使不可能变为可能，CPU、GPU、TPU、云计算
复杂模型：隐藏层越多效果越好

3.3 深度学习的过程总结

正向传播—计算误差（loss）—反向传播（BP）—调整权重（weight）
除了调参（权重）以外还有dropout

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最后编辑时间为: Jun 24,2022