弱人工智能近幾年取得了重大突破，悄然間，已經成為每個人生活中必不可少的一部分。以我們的智能手機為例，看看到底溫藏着多少人工智能的神奇魔術。

下圖是一部典型的智能手機上安裝的一些常見應用程序，可能很多人都猜不到，人工智能技術已經是手機上很多應用程序的核心驅動力。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1 智能手機上的相關應用

　　傳統的機器學習算法包括決策樹、聚類、貝葉斯分類、支持向量機、EM、Adaboost等等。這篇文章将對常用算法做常識性的介紹，沒有代碼，也沒有複雜的理論推導，就是圖解一下，知道這些算法是什麼，它們是怎麼應用的。

　　根據一些 feature（特征） 進行分類，每個節點提一個問題，通過判斷，将數據分為兩類，再繼續提問。這些問題是根據已有數據學習出來的，再投入新數據的時候，就可以根據這棵樹上的問題，将數據劃分到合适的葉子上。

　　　　　　　　　　　　　　　　圖2 決策樹原理示意圖

　　在源數據中随機選取數據，組成幾個子集：

　　　　　　圖3-1 随機森林原理示意圖

　　S矩陣是源數據，有1-N條數據，A、B、C 是feature，最後一列C是類别：

　　由S随機生成M個子矩陣：

　　這M個子集得到 M 個決策樹：将新數據投入到這M個樹中，得到M個分類結果，計數看預測成哪一類的數目最多，就将此類别作為最後的預測結果。

　　　　　　　　　　　　　　圖3-2 随機森林效果展示圖

　　當預測目标是概率這樣的，值域需要滿足大于等于0，小于等于1的，這個時候單純的線性模型是做不到的，因為在定義域不在某個範圍之内時，值域也超出了規定區間。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4-1 線性模型圖

　　所以此時需要這樣的形狀的模型會比較好：

　　　　　　　　圖4-2 改進的線性模型圖

　　那麼怎麼得到這樣的模型呢？

　　這個模型需要滿足兩個條件 “大于等于0”，“小于等于1” 。大于等于0 的模型可以選擇絕對值，平方值，這裡用指數函數，一定大于0；小于等于1 用除法，分子是自己，分母是自身加上1，那一定是小于1的了。

　　　　　　　　　　　　　　圖4-3 步驟流程圖

　　再做一下變形，就得到了 logistic regressions 模型：

　　　　　　　　　　　　圖4-4 logistic regressions 模型流程圖

　　通過源數據計算可以得到相應的系數了：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4-5 系數計算圖

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖4-6 LR模型曲線圖

　　要将兩類分開，想要得到一個超平面，最優的超平面是到兩類的 margin 達到最大，margin就是超平面與離它最近一點的距離，如下圖，Z2>Z1，所以綠色的超平面比較好。

　　　　　　　　　　　　圖5 分類問題示意圖

　　将這個超平面表示成一個線性方程，在線上方的一類，都大于等于1，另一類小于等于－1：

　　　　點到面的距離根據圖中的公式計算：

　　所以得到total margin的表達式如下，目标是最大化這個margin，就需要最小化分母，于是變成了一個優化問題：

　　舉個例子，三個點，找到最優的超平面，定義了 weight vector＝（2，3）－（1，1）：

　　得到weight vector為（a，2a），将兩個點代入方程，代入（2，3）另其值＝1，代入（1，1）另其值＝-1，求解出 a 和 截矩 w0 的值，進而得到超平面的表達式。

　　a求出來後，代入（a，2a）得到的就是support vector，a和w0代入超平面的方程就是support vector machine。

　　舉個在 NLP 的應用：給一段文字，返回情感分類，這段文字的态度是positive，還是negative：

　　　　　　　　　　　　　　　　圖6-1 問題案例

　　為了解決這個問題，可以隻看其中的一些單詞：

　　這段文字，将僅由一些單詞和它們的計數代表：

　　原始問題是：給你一句話，它屬于哪一類 ？通過bayes rules變成一個比較簡單容易求得的問題：

　　問題變成，這一類中這句話出現的概率是多少，當然，别忘了公式裡的另外兩個概率。例子：單詞“love”在positive的情況下出現的概率是 0.1，在negative的情況下出現的概率是0.001。

　　　　　　　　　　　　　　圖6-2 NB算法結果展示圖

　　給一個新的數據時，離它最近的 k 個點中，哪個類别多，這個數據就屬于哪一類。

　　例子：要區分“貓”和“狗”，通過“claws”和“sound”兩個feature來判斷的話，圓形和三角形是已知分類的了，那麼這個“star”代表的是哪一類呢？

　　　　　　　　　　　　　　　　圖7-1 問題案例

　　k＝3時，這三條線鍊接的點就是最近的三個點，那麼圓形多一些，所以這個star就是屬于貓。

　　　　　　　　　　　　圖7-2 算法步驟展示圖

　　先要将一組數據，分為三類，粉色數值大，黃色數值小 。最開始先初始化，這裡面選了最簡單的 3，2，1 作為各類的初始值 。剩下的數據裡，每個都與三個初始值計算距離，然後歸類到離它最近的初始值所在類别。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-1 問題案例

　　分好類後，計算每一類的平均值，作為新一輪的中心點：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖8-2

　　幾輪之後，分組不再變化了，就可以停止了：

　　　　　　　　　　　　圖8-3 算法結果展示

　　Adaboost 是 Boosting 的方法之一。Boosting就是把若幹個分類效果并不好的分類器綜合起來考慮，會得到一個效果比較好的分類器。

　　下圖，左右兩個決策樹，單個看是效果不怎麼好的，但是把同樣的數據投入進去，把兩個結果加起來考慮，就會增加可信度。

　　　　　　　　　　　　　　　　圖9-1 算法原理展示

　　Adaboost 的例子，手寫識别中，在畫闆上可以抓取到很多features（特征），例如始點的方向，始點和終點的距離等等。

　　　　　　　　　　　　圖9-2

　　training的時候，會得到每個feature的weight（權重），例如2和3的開頭部分很像，這個feature對分類起到的作用很小，它的權重也就會較小。

　　　　圖9-3

　　而這個alpha角就具有很強的識别性，這個feature的權重就會較大，最後的預測結果是綜合考慮這些feature的結果。

　　　　　　　　　　　　　　　　 圖9-4

　　Neural Networks适合一個input可能落入至少兩個類别裡：NN由若幹層神經元，和它們之間的聯系組成。 第一層是input層，最後一層是output層。在hidden層和output層都有自己的classifier。

　　圖10-1 神經網絡結構

　　input輸入到網絡中，被激活，計算的分數被傳遞到下一層，激活後面的神經層，最後output層的節點上的分數代表屬于各類的分數，下圖例子得到分類結果為class 1；同樣的input被傳輸到不同的節點上，之所以會得到不同的結果是因為各自節點有不同的weights 和bias，這也就是forward propagation。

　　　　圖10-2 算法結果展示

　　Markov Chains由state（狀态）和transitions（轉移）組成。例子，根據這一句話 ‘the quick brown fox jumps over the lazy dog’，要得到markov chains。

　　步驟，先給每一個單詞設定成一個狀态，然後計算狀态間轉換的概率。

　　　　　　　　　　　　　　圖11-1 馬爾科夫原理圖

　　這是一句話計算出來的概率，當你用大量文本去做統計的時候，會得到更大的狀态轉移矩陣，例如the後面可以連接的單詞，及相應的概率。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖11-2 算法結果展示

　　上述十大類機器學習算法是人工智能發展的踐行者，即使在當下，依然在數據挖掘以及小樣本的人工智能問題中被廣泛使用。

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