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第1章 机器学习基础 1

1.1引言 1

1.1.1为什么使用机器学习 2

1.1.2机器学习与数据挖掘 4

1.1.3机器学习与人工智能 5

1.2机器学习的一般流程 7

1.2.1定义问题 7

1.2.2收集数据 8

1.2.3比较算法与模型 9

1.2.4应用模型 10

1.3学习策略 10

1.3.1有监督学习 11

1.3.2无监督学习 14

1.3.3强化学习 16

1.3.4综合模型与工具 18

1.4评估理论 19

1.4.1划分数据集 19

1.4.2交叉验证 21

1.4.3评估指标 22

1.4.4拟合不足与过度拟合 25

1.5本章内容回顾 26

第2章 Python基础工具 27

2.1 Numpy 28

2.1.1 Numpy与Scipy的分工 28

2.1.2 ndarray构造 29

2.1.3数据类型 32

2.1.4访问与修改 33

2.1.5轴 35

2.1.6维度操作 38

2.1.7合并与拆分 40

2.1.8增与删 41

2.1.9全函数 42

2.1.10广播 42

2.2 Matplot 43

2.2.1点线图 44

2.2.2子视图 50

2.2.3图像 53

2.2.4等值图 57

2.2.5三维绘图 58

2.2.6从官网学习 59

2.3 Scipy 60

2.3.1数学与物理常数 61

2.3.2特殊函数库 62

2.3.3积分 64

2.3.4优化 65

2.3.5插值 67

2.3.6离散傅里叶 68

2.3.7卷积 70

2.3.8线性分析 71

2.3.9概率统计 73

2.4本章内容回顾 77

第3章 有监督学习：分类与回归 79

3.1线性回归 80

3.1.1何谓线性模型 80

3.1.2最小二乘法 81

3.1.3最小二乘法的不足 82

3.1.4岭回归 85

3.1.5 Lasso回归 87

3.2梯度下降 90

3.2.1假设函数与损失函数 90

3.2.2随机梯度下降 92

3.2.3实战：SGDRegressor和SGDClassifier 93

3.2.4增量学习 94

3.3支持向量机 95

3.3.1最优超平面 95

3.3.2软间隔 97

3.3.3线性不可分问题 98

3.3.4核函数 99

3.3.5实战：scikit-learn中的SVM 100

3.4朴素贝叶斯分类 101

3.4.1基础概率 102

3.4.2贝叶斯分类原理 103

3.4.3高斯朴素贝叶斯 105

3.4.4多项式朴素贝叶斯 106

3.4.5伯努利朴素贝叶斯 107

3.5高斯过程 107

3.5.1随机过程 108

3.5.2无限维高斯分布 109

3.5.3实战：gaussian_process工具包 111

3.6决策树 114

3.6.1最易于理解的模型 114

3.6.2熵的作用 115

3.6.3实战：DecisionTreeClassifier与DecisionTreeRegressor 117

3.6.4树的可视化 118

3.7集成学习 119

3.7.1偏差与方差 120

3.7.2随机森林 121

3.7.3自适应增强 124

3.8综合话题 126

3.8.1参数与非参数学习 127

3.8.2 One-Vs-All与One-Vs-One 127

3.8.3评估工具 129

3.8.4超参数调试 131

3.8.5多路输出 134

3.9本章内容回顾 134

第4章 无监督学习：聚类 136

4.1动机 137

4.2 K-means 138

4.2.1算法 139

4.2.2实战：scikit-learn聚类调用 141

4.2.3如何选择K值 144

4.3近邻算法 145

4.3.1生活化的理解 145

4.3.2有趣的迭代 146

4.3.3实战：AffinityPropagation类 147

4.4高斯混合模型 149

4.4.1中心极限定理 150

4.4.2最大似然估计 151

4.4.3几种协方差矩阵类型 152

4.4.4实战：GaussianMixture类 154

4.5密度聚类 156

4.5.1凸数据集 157

4.5.2密度算法 158

4.5.3实战：DBSCAN类 159

4.6 BIRCH 160

4.6.1层次模型综述 161

4.6.2聚类特征树 162

4.6.3实战：BIRCH相关调用 164

4.7距离计算 166

4.7.1闵氏距离 166

4.7.2马氏距离 167

4.7.3余弦相似度 168

4.7.4时间序列比较 169

4.7.5杰卡德相似度 169

4.8聚类评估 170

4.9本章内容回顾 172

第5章 无监督学习：数据降维 173

5.1主成分分析 174

5.1.1寻找方差最大维度 174

5.1.2用PCA降维 177

5.1.3实战：用PCA寻找主成分 178

5.2线性判别分析 181

5.2.1双重标准 181

5.2.2实战：使用LinearDiscriminantAnalysis 183

5.3多维标度法 185

5.3.1保留距离信息的线性变换 185

5.3.2 MDS的重要变形 187

5.3.3实战：使用MDS类 188

5.4流形学习之Isomap 189

5.4.1什么是流形 190

5.4.2测地线距离 192

5.4.3实战：使用Isomap类 193

5.5流形学习之局部嵌入 195

5.5.1局部线性嵌入 195

5.5.2拉普拉斯特征映射（LE） 198

5.5.3调用介绍 200

5.5.4谱聚类 201

5.6流形学习之t-SNE 203

5.6.1用Kullback-Leiber衡量分布相似度 203

5.6.2为什么是t-分布 205

5.6.3实战：使用TSNE类 206

5.7实战：降维模型之比较 207

5.8本章内容回顾 210

第6章 隐马尔可夫模型 212

6.1场景建模 213

6.1.1两种状态链 213

6.1.2两种概率 215

6.1.3三种问题 217

6.1.4 hmmLearn介绍 218

6.2离散型分布算法与应用 222

6.2.1前向算法与后向算法 222

6.2.2 MultinomiaINB求估计问题 226

6.2.3 Viterbi算法 227

6.2.4 MultinomiaINB求解码问题 229

6.2.5 EM算法 232

6.2.6 Baum-Welch算法 233

6.2.7用hmmLearn训练数据 235

6.3连续型概率分布 236

6.3.1多元高斯分布 237

6.3.2 GaussianHMM 239

6.3.3 GMMHMM 240

6.4实战：股票预测模型 241

6.4.1数据模型 241

6.4.2目标 243

6.4.3训练模型 243

6.4.4分析模型参数 245

6.4.5可视化短线预测 247

6.5本章内容回顾 250

第7章 贝叶斯网络 251

7.1什么是贝叶斯网络 252

7.1.1典型贝叶斯问题 252

7.1.2静态结构 253

7.1.3联合/边缘/条件概率换算 256

7.1.4链式法则与变量消元 258

7.2网络构建 259

7.2.1网络参数估计 260

7.2.2启发式搜索 261

7.2.3 Chow-Liu Tree算法 262

7.3近似推理 263

7.3.1蒙特卡洛方法 264

7.3.2马尔可夫链收敛定理 265

7.3.3 MCMC推理框架 267

7.3.4 Gibbs采样 268

7.3.5变分贝叶斯 268

7.4利用共轭建模 270

7.4.1共轭分布 270

7.4.2隐含变量与显式变量 272

7.5实战：胸科疾病诊断 274

7.5.1诊断需求 274

7.5.2 Python概率工具包 275

7.5.3建立模型 276

7.5.4 MCMC采样分析 278

7.5.5近似推理 281

7.6本章内容回顾 282

第8章 自然语言处理 284

8.1文本建模 285

8.1.1聊天机器人原理 285

8.1.2词袋模型 286

8.1.3访问新闻资源库 287

8.1.4 TF-IDF 290

8.1.5实战：关键词推举 290

8.2词汇处理 294

8.2.1中文分词 294

8.2.2 Word2vec 296

8.2.3实战：寻找近似词 298

8.3主题模型 303

8.3.1三层模型 303

8.3.2非负矩阵分解 304

8.3.3潜在语意分析 305

8.3.4隐含狄利克雷分配 307

8.3.5实战：使用工具包 309

8.4实战：用LDA分析新闻库 311

8.4.1文本预处理 311

8.4.2训练与显示 313

8.4.3困惑度调参 315

8.5本章内容回顾 317

第9章 深度学习 319

9.1神经网络基础 320

9.1.1人工神经网络 320

9.1.2神经元与激活函数 321

9.1.3反向传播 323

9.1.4万能网络 325

9.2 TensorFlow核心应用 328

9.2.1张量 329

9.2.2开发架构 331

9.2.3数据管理 332

9.2.4评估器 335

9.2.5图与会话 338

9.2.6逐代（epoch）训练 341

9.2.7图与统计可视化 343

9.3卷积神经网络 349

9.3.1给深度学习一个理由 349

9.3.2 CNN结构发展 351

9.3.3卷积层 354

9.3.4池化层 356

9.3.5 ReLU与Softmax 357

9.3.6 Inception与ResNet 359

9.4优化 362

9.4.1批次规范化 362

9.4.2剪枝 364

9.4.3算法选择 366

9.5循环神经网络与递归神经网络 367

9.5.1循环神经网络 368

9.5.2长短期记忆（LSTM） 371

9.5.3递归神经网络 374

9.6前沿精选 377

9.6.1物件检测模型 377

9.6.2密连卷积网络 381

9.6.3胶囊网络 382

9.7 CNN实战：图像识别 385

9.7.1开源图像库CIFAR 385

9.7.2项目介绍 388

9.7.3构建Graph 389

9.7.4优化与训练 392

9.7.5运行 394

9.8 RNN实战：写诗机器人 397

9.8.1语言模型 397

9.8.2 LSTM开发步骤1：网络架构 401

9.8.3 LSTM开发步骤2：数据加载 402

9.8.4 LSTM开发步骤3：搭建TensorFlow Graph 403

9.8.5 LSTM开发步骤4：解析LSTM RNN 404

9.8.6 LSTM开发步骤5：LSTM中的参数 406

9.8.7 LSTM开发步骤6：用sequence loss计算RNN损失值 406

9.8.8 LSTM开发步骤7：学习速度可调优化器 407

9.8.9 LSTM开发步骤8：训练 408

9.8.10开始写唐诗 410

9.8.11写唐诗步骤1：用唐诗语料训练语言模型 410

9.8.12写唐诗步骤2：作诗 412

9.8.13写唐诗步骤3：作品举例 414

9.9本章内容回顾 415

第10章 强化学习 418

10.1场景与原理 419

10.1.1借AlphaGo谈人工智能 419

10.1.2基于价值的算法Q-Learning与Sarsa 421

10.1.3基于策略的算法 424

10.1.4基于模型的算法 426

10.2 OpenAI Gym 427

10.2.1环境调用 428

10.2.2实战：用Q-Learning开发走迷宫机器人 432

10.3深度强化学习 435

10.3.1 DQN及改进 435

10.3.2 DPN、DDPG及A3 C 436

10.3.3实战：用DPN训练月球定点登陆 439

10.4博弈原理 444

10.4.1深度搜索与广度搜索 444

10.4.2完美决策 446

10.4.3蒙特卡洛搜索树 448

10.5实战：中国象棋版AlphaGo Zero 449

10.5.1开源版本AlphaGo Zero 450

10.5.2盘面建模 452

10.5.3左右互搏 457

10.5.4 MCTS详解 464

10.5.5 DDPG详解 468

10.5.6运行展示：训练 473

10.5.7运行展示：查看统计 475

10.5.8运行展示：当头炮、把马跳 475

10.5.9运行展示：人机博弈 476

10.6本章内容回顾 477

第11章 模型迁移 478

11.1走向移动端 478

11.1.1 Android上的TensorFlow 479

11.1.2 iOS上的CoreML 480

11.2迁移学习 483

11.2.1动机 483

11.2.2训练流程 484

11.3案例实战：基于TensorFlow Hub的迁移学习开发 485

11.3.1下载并训练 485

11.3.2检验学习成果 486

11.3.3迁移学习开发 487

11.4本章内容回顾 488

后记 489