1 机器学习之引言

傍晚小街路面上沁出微雨后的湿润，和煦的细风吹来，抬头看看天边的晚霞，嗯，明天又是一个好天气。走到水果摊旁，挑了个根蒂蜷缩、敲起来声音浊响的青绿西瓜，一边满心期待着皮薄肉厚瓤甜的爽落感，一边愉快地想着，这学期狠下了工夫，基础概念弄得清清楚楚，算法作业也是信手拈来，这门课成绩一定差不了！

希望各位在学期结束时有这样的感觉。作为开场，我们先大致了解一下什么是“机器学习”(machine learning)。

回头看第一段话，我们会发现这里涉及很多基于经验做出的预判。例如，为什么看到微湿路面、感到和风、看到晚霞，就认为明天是好天呢？这是因为在我们的生活经验中已经遇见过很多类似情况，头一天观察到上述特征后，第二天天气通常会很好。为什么色泽青绿、根蒂蜷缩、敲声浊响，就能判断出是正熟的好瓜？因为我们吃过、看过很多西瓜，所以基于色泽、根蒂、敲声这几个特征我们就可以做出相当好的判断。类似的，我们从以往的学习经验知道，下足了工夫、弄清了概念、做好了作业，自然会取得好成绩。可以看出，我们能做出有效的预判，是因为我们已经积累了许多经验，而通过对经验的利用，就能对新情况做出有效的决策。

上面对经验的利用是靠我们人类自身完成的。计算机能帮忙吗？

[Mitchell,1997]给出了一个更形式化的定义：假设用来评估计算机程序在某任务类上的性能，若一个程序通过利用经验在中任务上获得了性能改善，则我们就说关于和，该程序对进行了学习。

机器学习正是这样一门学科，它致力于研究如何通过计算的手段，利用经验来改善系统自身的性能，在计算机系统中，​“经验”通常以“数据”形式存在，因此，机器学习所研究的主要内容，是关于在计算机上从数据中产生“模型”(model)的算法，即“学习算法”(learning algorithm)。有了学习算法，我们把经验数据提供给它，它就能基于这些数据产生模型；在面对新的情况时（例如看到一个没剖开的西瓜）​，模型会给我们提供相应的判断（例如好瓜）​。如果说计算机科学是研究关于“算法”的学问，那么类似的，可以说机器学习是研究关于“学习算法”的学问。

例如[Hand et al.,2001].本书用“模型”泛指从数据中学得的结果。有文献用“模型”指全局性结果（例如一棵决策树）​，而用“模式”指局部性结果（例如一条规则）​。

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