机器学习开发者指南

目录

第 1章　机器学习和统计科学　1

1.1　机器学习的发展　2

1.2　编程语言与库　6

1.3　基本数学概念　11

1.3.1　统计学——不确定性建模的基本支柱　11

1.3.2　概率与随机变量　14

1.3.3　概率函数的统计度量　21

1.3.4　微分基础　22

1.3.5　预备知识　22

1.4　小结　27

第 2章　学习过程　28

2.1　理解问题　28

2.2　数据集定义与检索　30

2.2.1　ETL过程　30

2.2.2　加载数据与使用Scipy和Pandas进行探索分析　31

2.2.3　与IPython交互　32

2.2.4　二维数据处理　34

2.3　特征工程　37

2.3.1　缺失数据估算　37

2.3.2　独热编码　38

2.4　数据预处理　39

规范化和特征缩放　39

2.5　模型定义　41

提出正确的问题　41

2.6　损失函数定义　42

2.7　模型拟合和评价　43

数据集划分　43

2.8　模型应用与结果分析　44

2.8.1　回归指标　45

2.8.2　分类指标　46

2.8.3　聚类质量评估　48

2.9　小结　50

第3章　聚类　51

3.1　分组—— 一种人类行为　51

3.2　自动化聚类过程　52

3.3　寻找一个共同的中心—— K-means　53

3.3.1　K-means的优缺点　56

3.3.2　K-means算法分解　56

3.3.3　K-means算法实现　58

3.4　*近邻（Nearest Neighbors）　62

3.5　K-NN算法实现示例　64

3.6　算法扩展　67

3.7　小结　68

第4章　线性回归和逻辑回归　69

4.1　回归分析　69

回归的应用　70

4.2　线性回归　71

4.2.1　代价函数的确定　72

4.2.2　分析方法　74

4.2.3　协方差和相关性　75

4.2.4　寻找协方差和相关性的斜率和截距　77

4.2.5　梯度下降法　79

4.2.6　递归过程表示　83

4.3　实践中的数据研究和线性回归　86

4.3.1　鸢尾花数据集　87

4.3.2　线性回归与梯度下降　93

4.4　逻辑回归　103

4.4.1　线性回归和逻辑回归　103

4.4.2　logit函数　105

4.4.3　应用逻辑回归建立心脏疾病模型的实例　109

4.5　小结　112

第5章　神经网络　113

5.1　神经模型的历史　114

5.1.1　感知器模型　115

5.1.2　改进预测结果——ADALINE算法　116

5.1.3　感知器和ADALINE之间的异同　118

5.1.4　单层和多层感知器　120

5.2　使用单层感知器实现简单的功能　124

5.2.1　定义并绘制传递函数类型　124

5.2.2　表示和理解传递函数　125

5.2.3　Sigmoid函数或逻辑函数　126

5.2.4　使用Sigmoid函数　126

5.2.5　修正线性单元　128

5.2.6　线性传递函数　129

5.2.7　定义损失函数　130

5.3　小结　136

第6章　卷积神经网络　137

6.1　卷积神经网络的起源　137

6.1.1　从卷积开始　138

6.1.2　卷积核和卷积　140

6.1.3　在实例中实现二维离散卷积　143

6.1.4　下采样（池化）　146

6.1.5　通过Dropout操作提高效率　148

6.2　深度神经网络　149

6.2.1　深度卷积网络框架的发展　149

6.2.2　深度卷积神经网络解决的问题类型　154

6.3　使用Keras部署一个深度神经网络　156

6.4　用Quiver开发卷积模型　158

6.4.1　用Quiver开发卷积网络　158

6.4.2　迁移学习的实现　162

6.5　小结　167

第7章　循环神经网络　168

7.1　按顺序解决问题—— RNN　168

7.1.1　RNN的定义　169

7.1.2　RNN的发展　169

7.2　LSTM　172

7.2.1　门和乘法运算　172

7.2.2　设置遗忘参数（输入门）　174

7.2.3　设置保持参数　174

7.2.4　修改单元　175

7.2.5　输出过滤后的单元状态　175

7.3　采用电能消耗数据预测单变量时间序列　176

数据集的描述和加载　176

7.4　小结　182

第8章　近期的新模型及其发展　183

8.1　GAN　183

GAN的应用类别　184

8.2　强化学习　188

8.2.1　马尔可夫决策过程　189

8.2.2　优化马尔可夫过程　190

8.3　基本强化学习技术：Q学习　191

8.4　小结　193

第9章　软件安装与配置　194

9.1　Linux系统环境安装　194

9.1.1　初始配置要求　195

9.1.2　Anaconda安装　195

9.1.3　pip安装　200

9.2　macOS X系统环境安装　201

9.2.1　Anaconda安装　201

9.2.2　pip安装　204

9.3　Windows系统环境安装　205

Anaconda安装　205

9.4　小结　208

参考资料　209