传统的机器学习是机器学习领域的一个重要组成部分,它基于统计学和线性代数的原理,利用确定了特征的训练数据集来学习模型函数,再基于学习得到的模型对新的数据样本进行预测或分类。以下是对传统机器学习的详细介绍:

一、特点

  1. 可解释性:传统机器学习模型的学习过程是可控的,可以被理解和解释。这使得它们在某些需要明确解释或合规性的应用中更为适用。
  2. 数据需求低:传统机器学习模型可以在相对较少的数据上表现良好,尤其是在数据预处理和特征工程得当的情况下。
  3. 计算资源需求低:传统机器学习模型通常不需要大量的计算资源来训练,这使得它们在资源有限的环境中(如嵌入式系统)有较大的应用潜力。
  4. 稳健且适用性广:传统机器学习的模型和数学基础更简单,意味着更稳健(出错概率低)。而且传统机器学习这套理论和算法已经经过很多年的研究和应用,在很多领域都已经有广泛应用。
  5. 可能需要复杂的特征工程:传统机器学习中,样本的特征是人为给定的,而模型的成功在很大程度上取决于特征(有没有构建/选取合适的特征),合适特征的选取可能需要大量的手工工作和专业知识,从而增加了模型开发的复杂性。
  6. 泛化能力有限:传统机器学习算法不具备普适性,针对不同的问题和数据需要选择合适的算法和参数,这可能需要大量的实验和调优。而且传统机器学习模型在处理复杂、高维数据时泛化能力较弱。
  7. 对大规模数据和高维数据的处理能力有限:当数据量非常大或特征维度非常高时,传统机器学习模型可能变得难以训练和解释。

二、典型算法

  1. 监督学习:基于同时给定了样本特征和样本值的数据来进行模型的训练。这种机器学习方法通常用于分类和回归问题。

    • 感知机:一种简单的线性分类模型,可以用于二分类问题。
    • SVM(支持向量机):一种基于最大边距原理的线性分类器,也可以用于非线性分类问题,通过核函数将输入数据映射到高维空间。
    • 线性回归:一种用于回归问题的线性模型,通过最小二乘法来求解模型参数。
    • 逻辑回归:一种用于二分类问题的线性模型,通过Sigmoid函数将线性输出转换为概率值。
    • Softmax回归:一种用于多分类问题的线性模型,通过Softmax函数将线性输出转换为概率分布。
    • KNN(K最近邻):一种基于实例的学习方法,通过计算待分类样本与训练样本之间的距离来进行分类。
  2. 无监督学习:基于无标签的数据进行模型的训练,从输入数据中寻找重现模式。

    • DBSCAN:一种基于密度的聚类算法,可以将具有足够高密度的区域划分为簇,并在噪声的空间区域中发现任意形状的簇。
    • K-means:一种基于划分的聚类算法,通过迭代更新簇的质心和样本的簇归属来进行聚类。
  3. 其他算法

    • 决策树:一种基于树形结构的分类和回归方法,通过递归地选择最优特征进行划分来构建模型。
    • 随机森林:一种基于多棵决策树的集成学习方法,通过投票或平均等方式来提高模型的准确性和稳定性。
    • 朴素贝叶斯:一种基于贝叶斯定理的分类方法,假设特征之间相互独立,简化了计算过程。
    • 降维算法:如PCA(主成分分析)和LDA(线性判别分析)等,用于降低数据的维度,提高模型的运行效率和准确性。
    • 梯度增强算法:如GBDT(梯度提升决策树)和XGBoost等,通过迭代地训练弱学习器并组合其输出来构建强学习器。

三、应用领域

传统机器学习在许多领域有广泛的应用,包括但不限于文本分类、图像识别、电子商务、金融、医疗等。例如,在文本分类中,传统机器学习可以用于垃圾邮件检测、情感分析、新闻分类等任务;在图像识别中,传统机器学习可以用于手写数字识别、物体识别等任务。

四、与现代机器学习的对比

  1. 特征提取:传统机器学习下,样本特征是人工挑选的,是由人类告诉模型和优化算法,用样本的哪些特征去进行模型的训练;而深度学习等现代的机器学习算法中,特征是由计算机自己学习和提取到的。
  2. 模型函数:传统机器学习主要是基于统计学和线性代数的原理,利用确定了特征的训练数据集来学习模型函数;而现代机器学习主要是基于神经网络,通过大量的数据和计算资源来学习复杂的模型函数。
  3. 自主学习能力:传统机器学习算法不具备自主学习和动态调节的能力;而现代机器学习算法具有自主学习和动态调节的能力,适用于解决模糊、复杂、模式不明显的问题,如图像识别、自然语言处理等。

传统机器学习虽然存在一些局限性,但其在许多领域仍然具有广泛的应用价值和潜力。随着技术的不断发展,传统机器学习也在不断地与新兴技术融合创新,以适应更加复杂和多变的应用场景。

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