第1章 深度学习简介-【千锋教育】Python快乐编程 人工智能—深度学习基础

第1章 深度学习简介 什么是机器学习 什么是深度学习 深度学习的研究现状 什么是机器学习 什么是深度学习 深度学习的研究现状 了解 了解深度学习的历史与现状 掌握深度学习的基本概念 了解深度学习未来的发展趋势 了解 掌握 学 习 目 标 LEARNING OBJECTIVES 初心至善 匠心育人 在构思可编程的计算机时,人类便开始思考计算机是否能够变得更加智能。 1950 年,被誉为“计算机科学之父”及“人工智能之父”的英国数学家阿兰·图灵提出一个设想:把一个人和一台计算机分放在两间房间，然后让房间外的一个提问者对两者进行问答测试，如果提问者无法判断提问对象(人或机器人)，则证明计算机已具备人的智能。上述设想就是著名的图灵测试,这是最早对人工智能的设想。 从图灵机的概念提出到现在，计算机科学经过半个多世纪的发展，远未达到图灵所设想的标准，因此有人会把人工智能归为和永动机一样的“伪科学”。不过，近年来出现的深度学习( DeepLearning )在人工智能中的突出表现，让人类在实现图灵测试的道路上又前进了一大步。 2013 年，《麻省理工学院技术评论》杂志将深度学习列为当年度十大突破性技术之首。 初心至善 匠心育人 在即将到来的人工智能时代,深度学习已成为人工智能领域的重要技术支撑。本书将带领大家一起从零开始逐步探索人工智能。 初心至善 匠心育人 1.1 什么是机器学习 著名学者赫伯特·西蒙教授( HerbertSimon )曾对“学习”下了一个定义:“如果一个系统能够通过执行某个过程来改进其性能，那么这个过程就是学习。”从西蒙教授的定义中可以看出，学习的核心目的是改善。对于计算机系统而言,它通过运用数据及某种特定的方法(例如统计的方法或推理的方法)来提升机器系统的性能，就是机器学习。 有关机器学习的定义，卡内基梅隆大学的汤姆·米切尔(Tom Mitchell)教授给出的解释是:“对于某类任务(Task，简称 T)和某项性能度量准则(Performance，简称 P)，如果一个计算机程序在T上，以P作为性能的度量,随着很多经验(Experience，简称E)不断自我完善，则说明该计算机程序在从E中学习了。” 初心至善 匠心育人 1.1 什么是机器学习 如果觉得米切尔教授的定义比较抽象，可以参考台湾大学李宏毅博士的说法:机器学习在形式上，近似于在数据对象中通过统计或推理的方法寻找一个适用特定输入和预期输出功能的函数。如图所示。 所谓机器学习，在形式上，可以看作一个函数，通过对特定的输入进行处理。得到一个预期的结果。例如，、等。 初心至善 匠心育人 1.1 什么是机器学习 但是如何才能让计算机在接收一串语音后知道这句话是“你好”而不是其他的内容呢? 这就需要构建一个评估体系来判断计算机通过学习是否能够输出理想的结果，如此便可以通过训练数据(trainingdata)来“培养”机器学习算法的能力，如图所示。 从图可以看出，对图像的识别是错误的，学习效果并不理想，经过训练数据的“培养”，将输出结果不理想的改善为输出结果较为理想的 ，判定的准确度提高了，这种改善的过程便可以被称为学习! 如果这个学习过程是由机器完成的，那就是“机器学习”了。 初心至善 匠心育人 1.2 什么是深度学习 深度学习是机器学习的一个重要分支，通过构建具有多个隐藏层的机器学习模型和海量的训练数据来学习更有用的特征，从而最终提升分类或预测的准确性。简单来讲，机器学习是实现人工智能的一种方法，而深度学习则是实现机器学习的一种技术。 在涉及语音、图像等复杂对象的应用中，深度学习技术证明了其优越的性能。与通过人工规则构造特征的方法相比，利用大数据来学习特征，更能够刻画数据的丰富内在信息。在大数据时代，更加复杂且更加强大的深度模型能深刻揭示海量数据中所承载的复杂而丰富的信息，并对未来或未知事件做更精准的预测。与以往的机器学习相比，深度学习对使用者的要求有所降低，使用者只需调节相关参数，学习的效果一般都较为理想,这促进了机器学习从实验技术走向工程实践。 初心至善 匠心育人 1.2 什么是深度学习 以上只是对深度学习的一个简单概括，并不能全面地解释什么是深度学习。因为神经网络中的深层构架差异巨大，对不同任务或目标的优化会有不同的操作。通过机器学习的发展历程来理解深度学习可能是一种更好的方法。 在人工智能的发展初期，计算机主要表现出了善于处理形式化的数学规则的特性，能够比人类更加快速高效地完成形式化的任务。这让人工智能在初期相对朴素和形式化的环境中取得了成功，这种环境对计算机所需具备的关于世界的知识的要求很低。例如，在形式和规则十分固定的国际象棋领域，人工智能取得了巨大成就。 1997年，IBM公司研制的“深蓝”(DeepBlue)击败了当时的国际象棋世界冠军。事实上，一台计算