
机器学习需要哪些数学基础
过去的几个月中,有几人联系我,诉说他们对尝试进入数据科学的世界,以及用机器学习的技术去探索统计规律并构建无可挑剔的数据驱动型产品的热忱。然而,我发现一些人实际上缺乏必要的数学直觉和知识框架去得到有用的结果。这便是我决定写这篇博文的主要原因。最近涌现出了很多易于使用的机器学习和深度学习的软件包,例如 scikit-learn, Weka, Tensorflow 等等。机器学习理论是统计学、概率学、计算机科学以及算法的交叉领域,是通过从数据中的迭代学习去发现能够被用来构建智能应用的隐藏知识。尽管机器学习和深度学习有着无限可能,然而为了更好地掌握算法的内部工作机理和得到较好的结果,对大多数这些技术有一个透彻的数学理解是必要的。
为什么要重视数学?
机器学习中的数学是重要的,有很多原因,下面我将强调其中的一些:
1. 选择正确的算法,包括考虑到精度、训练时间、模型复杂度、参数的数量和特征数量。
2. 选择参数的设置和验证策略。
3. 通过理解偏差和方差之间的 tradeoff 来识别欠拟合与过拟合。
4. 估计正确的置信区间和不确定度。
你需要什么水平的数学?
当你尝试着去理解一个像机器学习(ML)一样的交叉学科的时候,主要问题是理解这些技术所需要的数学知识的量以及必要的水平。这个问题的答案是多维的,也会因个人的水平和兴趣而不同。关于机器学习的数学公式和理论进步正在研究之中,而且一些研究者正在研究更加先进的技术。下面我会说明我所认为的要成为一个机器学习科学家/工程师所需要的最低的数学水平以及每个数学概念的重要性。
1. 线性代数:我的一个同事 Skyler Speakman 最近说过,「线性代数是 21 世纪的数学」,我完全赞同他的说法。在机器学习领域,线性代数无处不在。主成分分析(PCA)、奇异值分解(SVD)、矩阵的特征分解、LU 分解、QR 分解、对称矩阵、正交化和正交归一化、矩阵运算、投影、特征值和特征向量、向量空间和范数(Norms),这些都是理解机器学习中所使用的优化方法所需要的。令人惊奇的是现在有很多关于线性代数的在线资源。我一直说,由于大量的资源在互联网是可以获取的,因而传统的教室正在消失。
2. 概率论和统计学:机器学习和统计学并不是迥然不同的领域。事实上,最近就有人将机器学习定义为「在机器上做统计」。机器学习需要的一些概率和统计理论分别是:组合、概率规则和公理、贝叶斯定理、随机变量、方差和期望、条件和联合分布、标准分布(伯努利、二项式、多项式、均匀和高斯)、时刻生成函数(Moment Generating Functions)、最大似然估计(MLE)、先验和后验、最大后验估计(MAP)和抽样方法。
3. 多元微积分:一些必要的主题包括微分和积分、偏微分、向量值函数、方向梯度、海森、雅可比、拉普拉斯、拉格朗日分布。
4. 算法和复杂优化:这对理解我们的机器学习算法的计算效率和可扩展性以及利用我们的数据集中稀疏性很重要。需要的知识有数据结构(二叉树、散列、堆、栈等)、动态规划、随机和子线性算法、图论、梯度/随机下降和原始对偶方法。
5. 其他:这包括以上四个主要领域没有涵盖的数学主题。它们是实数和复数分析(集合和序列、拓扑学、度量空间、单值连续函数、极限)、信息论(熵和信息增益)、函数空间和流形学习。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
LSTM 模型输入长度选择技巧:提升序列建模效能的关键 在循环神经网络(RNN)家族中,长短期记忆网络(LSTM)凭借其解决长序列 ...
2025-07-11CDA 数据分析师报考条件详解与准备指南 在数据驱动决策的时代浪潮下,CDA 数据分析师认证愈发受到瞩目,成为众多有志投身数 ...
2025-07-11数据透视表中两列相乘合计的实用指南 在数据分析的日常工作中,数据透视表凭借其强大的数据汇总和分析功能,成为了 Excel 用户 ...
2025-07-11尊敬的考生: 您好! 我们诚挚通知您,CDA Level I和 Level II考试大纲将于 2025年7月25日 实施重大更新。 此次更新旨在确保认 ...
2025-07-10BI 大数据分析师:连接数据与业务的价值转化者 在大数据与商业智能(Business Intelligence,简称 BI)深度融合的时代,BI ...
2025-07-10SQL 在预测分析中的应用:从数据查询到趋势预判 在数据驱动决策的时代,预测分析作为挖掘数据潜在价值的核心手段,正被广泛 ...
2025-07-10数据查询结束后:分析师的收尾工作与价值深化 在数据分析的全流程中,“query end”(查询结束)并非工作的终点,而是将数 ...
2025-07-10CDA 数据分析师考试:从报考到取证的全攻略 在数字经济蓬勃发展的今天,数据分析师已成为各行业争抢的核心人才,而 CDA(Certi ...
2025-07-09【CDA干货】单样本趋势性检验:捕捉数据背后的时间轨迹 在数据分析的版图中,单样本趋势性检验如同一位耐心的侦探,专注于从单 ...
2025-07-09year_month数据类型:时间维度的精准切片 在数据的世界里,时间是最不可或缺的维度之一,而year_month数据类型就像一把精准 ...
2025-07-09CDA 备考干货:Python 在数据分析中的核心应用与实战技巧 在 CDA 数据分析师认证考试中,Python 作为数据处理与分析的核心 ...
2025-07-08SPSS 中的 Mann-Kendall 检验:数据趋势与突变分析的有力工具 在数据分析的广袤领域中,准确捕捉数据的趋势变化以及识别 ...
2025-07-08备战 CDA 数据分析师考试:需要多久?如何规划? CDA(Certified Data Analyst)数据分析师认证作为国内权威的数据分析能力认证 ...
2025-07-08LSTM 输出不确定的成因、影响与应对策略 长短期记忆网络(LSTM)作为循环神经网络(RNN)的一种变体,凭借独特的门控机制,在 ...
2025-07-07统计学方法在市场调研数据中的深度应用 市场调研是企业洞察市场动态、了解消费者需求的重要途径,而统计学方法则是市场调研数 ...
2025-07-07CDA数据分析师证书考试全攻略 在数字化浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业决策、行业发展的核心驱动力,数据分析师也因此成为 ...
2025-07-07剖析 CDA 数据分析师考试题型:解锁高效备考与答题策略 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师考试作为衡量数据专业能力的 ...
2025-07-04SQL Server 字符串截取转日期:解锁数据处理的关键技能 在数据处理与分析工作中,数据格式的规范性是保证后续分析准确性的基础 ...
2025-07-04CDA 数据分析师视角:从数据迷雾中探寻商业真相 在数字化浪潮席卷全球的今天,数据已成为企业决策的核心驱动力,CDA(Certifie ...
2025-07-04CDA 数据分析师:开启数据职业发展新征程 在数据成为核心生产要素的今天,数据分析师的职业价值愈发凸显。CDA(Certified D ...
2025-07-03