章节1 机器学习的定义

主要有两种定义：

• Arthur Samuel (1959). Machine Learning: Field of study that gives computers the ability to learn without being explicitly programmed.

这个定义有点不正式和陈旧，来自于一个懂得计算机编程的下棋菜鸟，编程使得计算机有耐心通过上千万次的对弈，以此来“学习”，从而积累经验，使计算机程序成为了一个厉害的棋手。

• Tom Mitchell (1998) Well-posed Learning Problem: A computer program is said to learn from experience E with respect to sometask Tand someperformance measure P, if its performance on T, as measured by P, improves withexperience E.

Tom Mitchell 的定义更现代，也有点拗口，视频中介绍了一个例子，即垃圾邮件分类。对于垃圾邮件分类，文中的三个字母分别代表：

T(task): 对垃圾邮件分类这个任务。

P(Performance): 垃圾邮件分类的准确程度。

E(Experience): 用户对于邮件进行是否为垃圾邮件的分类（即帮助机器体验、学习）。

机器学习算法：监督学习，无监督学习，强化学习，推荐系统

主要有两种机器学习的算法分类：
监督学习
无监督学习
两者的区别为是否需要人工参与数据标注。
垃圾邮件问题。如果你有标记好的数据，区别好是垃圾还是非垃圾邮件，我们把这个当作监督学习问题。

新闻事件分类的例子，就是那个谷歌新闻的例子，我们在本视频中有见到了，我们看到，可以用一个聚类算法来聚类这些文章到一起，所以是无监督学习。
还有一些算法也属于机器学习领域，诸如：
半监督学习: 介于监督学习于无监督学习之间
推荐算法: 没错，就是那些个买完之后还推荐同一款商品的某购物平台。
强化学习: 通过观察来学习如何做出动作，每个动作都会对环境有所影响，而环境的反馈又可以引导该学习算法。

学习如何使用工具也很重要，但更重要的是用机器学习算法解决问题

监督学习(Supervised Learning)

监督学习，即为教计算机如何去完成预测任务（有反馈），预先给一定数据量的输入和对应的结果，建模拟合，最后让计算机预测未知数据的结果。

监督学习一般有两种：

回归问题(Regression)

回归问题即为预测一系列的连续值。

在房屋价格预测的例子中，给出了一系列的房屋面基数据，根据这些数据来预测任意面积的房屋价格。给出照片-年龄数据集，预测给定照片的年龄。

分类问题(Classification)

分类问题即为预测一系列的离散值。

即根据数据预测被预测对象属于哪个分类。

视频中举了癌症肿瘤这个例子，针对诊断结果，分别分类为良性或恶性。还例如垃圾邮件分类问题，也同样属于监督学习中的分类问题。

视频中提到支持向量机这个算法，旨在解决当特征量很大的时候(特征即如癌症例子中的肿块大小，颜色，气味等各种特征)，计算机内存一定会不够用的情况。支持向量机能让计算机处理无限多个特征。

Question：

答案是第三个。

无监督学习(Unsupervised Learning)

相对于监督学习，训练集不会有人为标注的结果（无反馈），我们不会给出结果或无法得知训练集的结果是什么样，而是单纯由计算机通过无监督学习算法自行分析，从而“得出结果”。计算机可能会把特定的数据集归为几个不同的簇（群落），故叫做聚类算法。

无监督学习一般分为两种：

1. 聚类(Clustering)

• 新闻聚合

• DNA 个体聚类

• 天文数据分析

• 市场细分，高效销售

• 社交网络分析

2. 非聚类(Non-clustering)

• 新闻聚合

在例如谷歌新闻这样的网站中，每天后台都会收集成千上万的新闻，然后将这些新闻分组成一个个的新闻专题，这样一个又一个聚类，就是应用了无监督学习的结果。

• 鸡尾酒问题

在鸡尾酒会上，大家说话声音彼此重叠，几乎很难分辨出面前的人说了什么。我们很难对于这个问题进行数据标注，而这里的通过机器学习的无监督学习算法，就可以将说话者的声音同背景音乐分离出来。
神奇的一行代码：

[W,s,v] = svd((repmat(sum(x.x,1),size(x,1),1).x)*x');
解释： svd 奇异值分解

编程语言建议：
在机器学习刚开始时，推荐使用 Octave ，matlab类的工程计算编程软件，因为在 C++ 或 Java 等编程语言中，编写对应的代码需要用到复杂的库以及要写大量的冗余代码，比较耗费时间，建议可以在学习过后再考虑使用其他语言来构建系统。

另外，在做原型搭建的时候也应该先考虑使用类似于 Octave 这种便于计算的编程软件，当其已经可以工作后，才将模型移植到其他的高级编程语言中。

机器学习领域的发展迅速，也可使用 Tensorflow 等开源机器学习框架学习，这些框架十分友好，易于编写及应用机器学习算法。

章节2 单变量线性回归

重要概念：parameters(变量)，Hypothesis(假设)，Cost Function(代价函数)，Goal Function(目标函数)

概念
cost function中平均值\frac{1}{2}为了便于梯度下降，因为平方函数的导数项将消掉\frac{1}{2}。
目标函数就是选择合适θ使代价函数最小。

代价函数的理解

（不太重要）

只有一个参数θ1
两个参数θ0和θ1

等高线图（像一个碗，每条线上的值相同）

梯度下降

梯度下降是一个用来求函数最小值的算法，我们将使用梯度下降算法来求出代价函数最小值。

batch gradient descent

:=表示assign赋值，如a:=b,就是把b的值赋给a。

正确和错误的计算方式

通常梯度下降算法是左边的同步更新。

梯度下降的直观理解

当只有一个变量时，

J(θ)
其中有两个重要参数，学习率和偏导数。

1. 学习率α影响着我们迈的步子。
   α如果太小了，即我的学习速率太小，结果就是只能这样像小宝宝一样一点点地挪动，去努力接近最低点，这样就需要很多步才能到达最低点，所以如果太小的话，可能会很慢，因为它会一点点挪动，它会需要很多步才能到达全局最低点。
   如果太大，那么梯度下降法可能会越过最低点，甚至可能无法收敛，下一次迭代又移动了一大步，越过一次，又越过一次，一次次越过最低点，直到你发现实际上离最低点越来越远，所以，如果太大，它会导致无法收敛，甚至发散。
2. 偏导数是我们找到正确的方向，能够到达最低点（最优解）。

梯度下降的线性回归

将梯度下降和代价函数结合。

梯度下降算法和线性回归算法比较如图：
关键在于求出代价函数的导数，即：

这种属于批量梯度下降BGD，每次计算都会用到所有样本。除了BGD还有随机梯度下降法SGD、小批量梯度下降法MBGD，并且都有不同的优缺点。

参考自：黄海广博士的笔记
https://github.com/fengdu78/Coursera-ML-AndrewNg-Notes