站穩AI大師的第一步：最直覺機器學習

前言

作者寫作本書的目的就是用通俗的文字來說明機器學習，最好通俗得如作者在女兒生日時，寫給她的信：

親愛的欣玥：

從2020 年開始，願你：

■ 學習不要死記硬背，避免過擬合；也不要蜻蜓點水，避免欠擬合。

■ 心態像隨機梯度下降一樣，不要過分注重眼前的利益和一時的得失，進而看不清大局而被假象矇騙。

■ 抉擇像隨機森林一樣，各取所長，集思廣益，這樣你才能做出最正確的決定。

■ 操行像自我調整提升一樣，知錯能改，這樣你才能越來越優秀。

■ 說話像奧卡姆剃刀原理一樣，牢記「少就是多」，當一個好的聆聽者。

■ 脾氣不要像梯度爆炸一樣越來越大，也不要像梯度消失一樣沒有，要穩定地敢愛敢恨。

■ 容忍像支援向量機一樣，最大化你的容錯間隔。有一些錯誤是在所難免的，要學會將硬間隔變成軟間隔。

■ 生活像偏差和方差達到最佳點一樣，不偏不倚，不驕不躁。

從2020 年開始，爸爸會

■ 最初輔導你有監督學習。

■ 然後鍛煉你半監督學習。

■ 接著放任你無監督學習。

■ 不斷評估你要增強學習。

當學習到了某個臨界點時，不管外界資源多麼豐富，你的表現一定會趨於穩定，這時必須靠深度學習才能大幅地突破自我，最後獲得遷移學習的能力。

學習並精通一種學科無外乎要經過四個步驟：它是什麼？它可行嗎？怎麼學它？

如何學好它？學習機器學習也不例外，本書就以這四個步驟來解讀機器學習。

◆ 第1 章介紹「機器學習是什麼」，即從定義開始，詳細介紹機器學習有關的知識、資料和效能度量。

◆ 第2 章介紹「機器學習可行嗎」，即機器具備學習樣本以外的資料的能力。

本章從機率的角度證明樣本內誤差和樣本外誤差的關係。

◆ 第3 章介紹「機器學習怎麼學」，即機器如何選出最佳模型。本章介紹機器學習版本的樣本內誤差（訓練誤差）和樣本外誤差（測試誤差），再透過驗證誤差來選擇模型。

前3 章屬於機器學習的概述：第1 章介紹機器學習的概念，為了讓讀者打好基礎；第2 章為證明機器學習是可行的，讓讀者做到心中有數；第3 章運用機器學習效能指標而建置架構，看懂它們不需要精通任何機器學習的演算法。作者在這3 章的寫作上花費的時間最多，光這3 章的內容就絕對讓讀者有所收穫。

第4~14 章介紹「如何學好機器學習」，重點介紹機器學習的各種演算法和調參技巧。在本書中，機器學習模型分為線性模型、非線性模型和整合模型。

◆ 第4~8 章介紹線性模型，包含線性回歸模型、對率回歸模型、正規化回歸模型、支援向量機模型。

◆ 第9~11 章介紹非線性模型，包含單純貝氏模型、決策樹模型、類神經網路模型、正向/反向傳播模型。

◆ 第12~14 章介紹整合模型，包含隨機森林模型、提升樹模型、極度梯度提升模型。

第15 章介紹機器學習中一些非常實用的經驗，包含學習策略、目標設定、誤差分析、偏差和方差分析。
 

為了幫助讀者閱讀，下面的流程圖展示了整本書的大架構。

本書的每一章都以通俗的引言開始，吸引讀者；以精美的思維導圖過渡，讓說明想法更清晰；以簡要的歸納結束，讓讀者加強所學的知識。此外，每個基礎知識都是理論和實作相結合，既有嚴謹的數學推導，又有多樣（Python 和MATLAB）的程式展示，圖文並茂，以最好的內容服務各種讀者。

作者非常欣賞Google 大腦研究員Chris Olah 的觀點 "I want to understandthings clearly, and explain them well"，即力爭把每個基礎知識弄清楚、弄透，然後以通俗容易的方式讓其他人學會、學透。作者願意做「把困難的東西研究透而簡單展示給大眾」的人（Research Distiller），因為學術界中的論文雖然「高大上」，但是很多會讓讀者讀完還是一頭霧水。用Chris Olah 的話來講，這種以不清不楚的方式來解釋高難課題的做法，欠下太多研究債務（Research Debt）。

這本書能夠完成，受到很多機器學習優質課程的啟發，比如史丹佛大學Andrew Ng 教授的CS229 課程、加州理工學院Yaser S. Abu-Mostafa 教授的Learning from Data 課程、台灣大學林軒田教授的機器學習基礎和技法、華盛頓大學Emily Fox 和Carlos Guestrin 教授的Machine Learning Specialization。他們的課程都是理論結合實際，通俗而不失嚴謹，學習這些課程可以讓我解決工作中的很多需求，可見這些課程的功力之高，在這裡我想對他們表達最真摯的感謝（即使他們也不認識我）！

此外，感謝父母無條件地支援我寫書，感謝爺爺、大伯和姐夫經常閱讀我的公眾號文章，經常鼓勵我，感謝夫人在我寫書時幫著帶小孩，感謝女兒給我的無窮動力：想像著以後她拿著我寫的書可以自豪地跟別的小朋友說「這是我爸爸寫的書」。最後感謝所有「王的機器」公眾號的讀者，你們的支援和回饋一直激勵著我不斷進步，這本書是特別為你們而寫的。

由於作者水準有限，書中難免會有錯漏之處，歡迎諸位專家和讀者們斧正。