人工智能算法如何學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的規(guī)律?

首先我們來(lái)看一下最常見(jiàn)的人工智能算法是什么樣的：

人工智能算法包括幾個(gè)部分：

x是模型的輸，y是模型的輸出，模型就是對(duì)輸入轉(zhuǎn)化為輸出的計(jì)算。比如輸入x可以是一張圖片(如貓的圖片)，模型對(duì)圖進(jìn)計(jì)算處理，然后輸出這張圖片上對(duì)應(yīng)的物品的類(lèi)別(貓)。

我們可以把算法理理解成一個(gè)函數(shù)：y = f(x)，這里面輸?是x，輸出是y，模型對(duì)應(yīng)的是映射規(guī)則f。

對(duì)于?一個(gè)具體的問(wèn)題，我們可以獲取到?量的(x，y)，人工智能算法就是從這些數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律，找到映射規(guī)則f。所以，人工智能算法學(xué)習(xí)規(guī)律就是確定x到y(tǒng)的映射規(guī)則f。

為了讓大家能理解人工智能算法的學(xué)習(xí)過(guò)程，我們一起來(lái)看個(gè)簡(jiǎn)單的例例子：

下面是某個(gè)小區(qū)的房?jī)r(jià)和房屋面積的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在要利人工智能的算法去學(xué)習(xí)房屋面積和房屋價(jià)格的規(guī)律，也就是根據(jù)房屋的面積如何計(jì)算得到房屋的價(jià)格。模型的輸入是房屋面積，模型的輸出是房屋價(jià)格。我們可以建立這樣的模型：y = wx + b，其中，w和b是未知的，調(diào)整w和b的值可以得到不同的映射規(guī)則。我們知道，y = wx + b 表示的是二維平面內(nèi)的一根直線(xiàn)，調(diào)整w和b的值可以得到不同的的直線(xiàn)。

接下來(lái)我們一起看下如何去確定w和b的值。

首先，我們先不管w和b取什么值，我們直接把輸入代入模型，可以得到模型的輸出值，我們稱(chēng)模型的輸出為預(yù)測(cè)值。數(shù)據(jù)如下表：

接著，我們只要調(diào)整w和b的值，讓預(yù)測(cè)房?jī)r(jià)盡量量接近真實(shí)房?jī)r(jià)。

那我們?cè)趺凑{(diào)整w和b呢?一個(gè)一個(gè)嘗試不同的取值嗎?

我們知道，不管是w還是b，都是有無(wú)限種可能取值的，遍歷它們的所有可能取值顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

那么有沒(méi)有方法可以指引我們?nèi)フ业阶顑?yōu)的w和b呢?答案是有的。

回憶一下，高中數(shù)學(xué)課程里面我們是不是做過(guò)這樣一件事情：給定一個(gè)函數(shù)，求函數(shù)值的最小值以及此時(shí)自變量的值。

基于這樣的思路路，我們做下面這樣的操作：


這里我們就得到了一個(gè)函數(shù)，函數(shù)的自變量是w和b。大家觀(guān)察這個(gè)函數(shù)，j的值越小，是不是越接近?

這時(shí)候我們求j這個(gè)函數(shù)的值最小的時(shí)候?qū)?yīng)的w和b的取值，是不是就得到了我們需要找的最優(yōu)的w和b的值?

答案是肯定的，人工智能算法就是這樣做的。

上面我們構(gòu)造的函數(shù)，在人工智能算法里面叫損失函數(shù)，求損失函數(shù)的值最小時(shí)，可訓(xùn)練參數(shù)(w和b）的值的方法是梯度下降。關(guān)于損失函數(shù)和梯度下降的內(nèi)容，我們后面再深入去講解。

下面我們來(lái)總結(jié)下人工智能算法學(xué)習(xí)規(guī)律的思路：

1、把問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題：確定輸入是什么，輸出是什么;

2、建立個(gè)模型：這個(gè)模型有很多未知的參數(shù)，參數(shù)取不不同的值，模型能變成不同的映射規(guī)則;

3、用大量的數(shù)據(jù)去訓(xùn)練模型：確定各個(gè)未知參數(shù)的值，這時(shí)候模型就確定下來(lái)了。

尋找最優(yōu)未知參數(shù)的值的方法：

構(gòu)建一個(gè)損失函數(shù)，損失函數(shù)滿(mǎn)足以下條件：

1、損失函數(shù)是關(guān)于所有可訓(xùn)練參數(shù)的函數(shù);

2、損失函數(shù)的函數(shù)值越小， 越接近 。

有了損失函數(shù)之后，尋找最優(yōu)可訓(xùn)練參數(shù)的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成：

求損失函數(shù)最小值(極小值)時(shí)，可訓(xùn)練參數(shù)的取值 --> 通過(guò)梯度下降法可以實(shí)現(xiàn)。


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