[课件]人工智能及其应用机器学习PPT

4.机器学习的最新阶段始于1986年。一方面，由于神经网络研究的重新
兴起，另一方面，对实验研究和应用研究得到前所未有的重视。我国的机 器学习研究开始进入稳步发展和逐渐繁荣的新时期。
7.1 机器学习的定义和发展历史

机器学习进入新阶段的表现
机器学习已经成为新的边缘学科并在高校形成课程
综合各种学习方法
较为简单的任务。例如推导可以简化成计算。
比方说第一次要我们解一个一元二次方程的时候，我们必须使用很长的 一段推导才能得出解方程的求根公式。但是一旦有了求根公式，以后再解一 元二次方程时，就不必重复以前的推导过程，可以直接使用求根公式计算出 根，这样就把推导问题简化成计算问题。同样地，归纳过程可以简化成推导 过程。
3、主要问题
对于机械学习，需要注意3个重要的问题：存储组织，稳定性和存
储与计算之间的权衡。
（1）存储组织信息：采用适当的存储方式，使检索速度尽可能地 快，是机械学习中的重要问题。 （2）环境的稳定性与存储信息的适用性问题：机械学习系统必须保 证所保存的信息适应于外界环境变化的需要，这也就是所谓的信息适用 性问题。 （3）存储与计算之间的权衡：对于机械学习来说很重要的一点是 它不能降低系统的效率。
人工智能及 其应用_机器 学习
7.1 机器学习的定义和发展历史
机器学习的定义
机器学习的基本概念：
按照人工智能大师西蒙的观点，学习就是系统在不断重复的工作 中
对本身能力的增强或者改进，使得系统在下一次执行同样任务或类似 任
务时，会比现在做得更好或效率更高。 机器学习的定义: 机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科。 稍为严格的提法是：机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能， 并识别现有知识的学问。
机械学习是最简单的机器学习方法。机械学习就是记忆，即把新的
知识存储起来，供需要时检索调用，而不需要计算和推理。
机械学习又是最基本的学习过程。任何学习系统都必须记住它们获取的
知识。在机械学习系统中，知识的获取是以较为稳定和直接的方式进行
的，不需要系统进行过多的加工。

2、数据化简
Lenat,Hayes Roth，和Klahr等人于1979年关于机械学习提出一
机器学习与人工智能问题的统一性观点正在形成 各种学习方法的应用范围不断扩大 数据挖掘和知识发现的研究已经形成热潮 与机器学习有关的学术活动空前活跃
7.2 机器学习的主要策略与基本结构

四种学习策略
机械学习
示教学习
类比学习 示例学习
学习系统的基本结构
学习系统的基本结构
环境向系统的学习部分提供某些信息，学习部分 利用这些信息修改知识库，以增进系统执行部分完成 任务的效能，执行部分根据知识库完成任务，同时把 获得的信息反馈给学习部分。 在具体的应用中， 环境， 知识库和执行部分决定 了具体的工作内容，学习部分所需要解决的问题完全 由上述3部分确定。
（3）归纳学习（induction learning）是应用归纳推理进行学习 的一种方法。根据归纳学习有无教师指导，可把它分为示例学习和观 察与发现学习。前者属于有师学习，后者属于无师学习。
7.3 归纳学习
我们先看一个“公鸡归纳法”的故事。 某农妇养小鸡十只，公母各半。她预备将母鸡养大留着生蛋， 公鸡则养到一百天就陆续杀以佐餐。天天早晨她拿米喂鸡。到第一 百天的早晨，其中的一只公鸡正在想：“第一天早晨有米吃，第二 天早晨有米吃，……第九十九天早晨有米吃，所以今天，第一百天 的早晨一定有米吃。”这时，该农妇来了，正好把这只公鸡抓去杀 了。这只公鸡在第一百天的早晨不但没有吃着米，反而被杀了，虽 然它已有九十九天吃米的经验，但不能证明第一百天一定有米。
7.1 机器学习的定义和发展历史

机器学习的发展史
机器学习是人工智能应用研究较为重要的分支，它的发展过程大体上可分
为4个时期： 1.第一阶段是在50年代中叶到60年代中叶，属于热烈时期。 2.第二阶段在60年代中叶至70年代中叶，被称为机器学习的冷静时期。 3.第三阶段从70年代中叶至80年代中叶，称为复兴时期。
我们再回顾中学数学就涉及到的“数学归纳法”。用数学
归纳法证明一个命题的正确性，必须要求两条
7.3 归纳学习
（一）当n = 1时，这个命据化简分级中的第 一级。数据化简与计算机语言编译类似；其目的是把原始信息变成可执 行的信息。在机械学习中我们只记忆计算的输入输出，忽略了计算过程， 这样就把计算问题化简成存取问题。见下图
数据化简级别图
正像计算问题可以简化成存取问题一样，其它的推理过程也可以简化成
7.3 归纳学习

归纳学习的定义 （1）归纳（induction）是人类拓展认识能力的重要方法，是一 种从个别到一般的，从部分到整体的推理行为。
（2）归纳推理是应用归纳方法，从足够多的具体事例中归纳出一 般性知识，提取事物的一般规律；它是一种从个别到一般的推理。在 进行归纳时，一般不可能考虑全部相关实例，因而归纳出的结论不是 绝对为真的，只能以某种程度相信它为真。

影响学习系统设计的重要因素
(1)影响学习系统设计的最重要的因素是环境向系统提供的
信息。 (2)知识库是影响学习系统设计的第二个因素。知识的表示 有多种形式，在选择表示方式时要兼顾以下4个方面：
表达能力强
易于推理
容易修改知识库 知识表示易于扩展。
7.3机械学习

1、机械学习的模式
考虑一个决定受损汽车修理费用的汽车保险程序

这个程序的输入是被损坏的汽车的描述，包括制造厂家、生产年代、 汽车的种类以及记录汽车被损坏部位和损坏程度的一个表，程序的输出 是保险公司应付的修理费用。这个系统是个机械记忆系统。为了估算损 坏汽车的修理费用，程序系统必须在存储器中查找同一厂家、同一生产 年代、损坏的部位和程度相同的汽车，然后把对应的费用提交给用户。 如果系统没有发现这样的汽车，则它使用保险公司公布的赔偿规则估算 出一个修理费用，然后把厂家、生产日期和损坏情况等特征与估算出的 费用保存起来，以便将来查找使用。