Type of Learning

一、Learning with Different Output Space Y

在之前两章的学习中我们引入了银行发卡的问题，这是一个典型的二元分类的问题。就是说输出结果就只有两个，一般是y={-1，+1}。

二元分类的问题是很常见的问题，包括信用卡发放、垃圾邮件的判断、患者疾病的诊断、答案正确性的估计等问题。二元分类是机器学习领域非常核心和基本的一类问题。二元分类有线性模型也有非线性模型，根据不同的问题我们选择不同的模型。选取不同的算法：PLA和Pocket Algorithm。

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除了二元分类，也有多元分类问题。多元分类的输出多有两个，y={1,2,3...K},K>2.一般多元分类的应用有数字认别、图像识别等等。

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二元分类和多元分类都属于分类问题,它的输出都是离散数值。对于另外一种情况，比如训练模型，预测房价、股票收益多少等，这类问题的输出y=R，就是范围在整个实数空间，是连续的。这类问题，我们叫做Regression问题。最简单的线性回归就是一个典型的回归模型。

除了分类和回归问题，在NLP领域中，还会用到一种机器学习问题：结构化学习。结构化学习的输出空间包含了某些结构在里面，它的一些解法通常使从多分类问题延伸而来，比较复杂。

机器学习按照输出空间划分，可以分为二元分类、多元分类、回归、结构化学习等不同的类型。其中二元分类和回归是最基础，最核心的两个类型。

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二 、Learning with Different Data Label yn

如果我们拿到的训练样本D既有输入特征x，也有输出yn,那么我们把这种类型的学习称为监督学习（Supervised Learning）。监督学习可以是二元分类、多元分类或者是回归，最重要的使知道输出标签yn。与监督学习相对于的是非监督学习。非监督学习是没有输出标签yn的，典型的非监督学习包括：聚类（clustering）问题，比如对网页上新闻的自动分类；密度估计，比如交通路况分析；异常检测，比如用户网络检测。通常情况下，非监督学习更复杂一些，而且非监督的问题很对都可以使用监督学习的一些算法思想来实现。

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介于监督和非监督学习之间叫做半监督学习（Semi—supervised Learning）。半监督学习就是说一部分数据由输出标签yn,而另外一部分数据没有输出标签yn。在设计运用中，半监督学习有时候是必须的。比如医药公司对某些药物进行检测，考虑到成本和实验人群限制等问题，只有一部分数据由输出标签yn。

监督、非监督和半监督学习是机器学习领域三个主要类型。除此之外，还有一种非常重要的类型：增强学习（Reinforcement Learining）。增强学习中，我们给模型或系统一些输出，但是给不了我们希望的真实的输出y，根据模型的输出反馈，如果反馈结果良好，更接近真实输出，就给其正向奖励，如果反馈结果不好，偏离真实输出，就给其方向激励。不断通过”反馈—修正“这种形式，一步一步让模型学习的更好，这就是增强学习的核心所在。增强学习可以类比成训练宠物的过程，比如我们要训练狗狗坐下，但是狗狗无法直接听懂我们的指令。在训练过程中，我们给狗狗示意，如果表现好，我们就给它吃饼干。如果做与指令无关的动作，我们就给它惩罚。这样不断修正狗狗的动作，最终能让他按照我们的指令来行动。实际生活中，增强学习的例子也很多。比如根据用户信息、用户点击和选择来不断优化改进我们的线上广告投放系统。

简单总结一下，机器学习按照数据输出标签yn划分成：监督学习、非监督学习、半监督学习和增强学习。其中，监督学习应用最为广泛，

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本文所应用图片来自 Coursear的《Machine Learning Foundation》课程