京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
机器学习需要哪些数学基础
过去的几个月中,有几人联系我,诉说他们对尝试进入数据科学的世界,以及用机器学习的技术去探索统计规律并构建无可挑剔的数据驱动型产品的热忱。然而,我发现一些人实际上缺乏必要的数学直觉和知识框架去得到有用的结果。这便是我决定写这篇博文的主要原因。最近涌现出了很多易于使用的机器学习和深度学习的软件包,例如 scikit-learn, Weka, Tensorflow 等等。机器学习理论是统计学、概率学、计算机科学以及算法的交叉领域,是通过从数据中的迭代学习去发现能够被用来构建智能应用的隐藏知识。尽管机器学习和深度学习有着无限可能,然而为了更好地掌握算法的内部工作机理和得到较好的结果,对大多数这些技术有一个透彻的数学理解是必要的。
为什么要重视数学?
机器学习中的数学是重要的,有很多原因,下面我将强调其中的一些:
1. 选择正确的算法,包括考虑到精度、训练时间、模型复杂度、参数的数量和特征数量。
2. 选择参数的设置和验证策略。
3. 通过理解偏差和方差之间的 tradeoff 来识别欠拟合与过拟合。
4. 估计正确的置信区间和不确定度。
你需要什么水平的数学?
当你尝试着去理解一个像机器学习(ML)一样的交叉学科的时候,主要问题是理解这些技术所需要的数学知识的量以及必要的水平。这个问题的答案是多维的,也会因个人的水平和兴趣而不同。关于机器学习的数学公式和理论进步正在研究之中,而且一些研究者正在研究更加先进的技术。下面我会说明我所认为的要成为一个机器学习科学家/工程师所需要的最低的数学水平以及每个数学概念的重要性。
1. 线性代数:我的一个同事 Skyler Speakman 最近说过,「线性代数是 21 世纪的数学」,我完全赞同他的说法。在机器学习领域,线性代数无处不在。主成分分析(PCA)、奇异值分解(SVD)、矩阵的特征分解、LU 分解、QR 分解、对称矩阵、正交化和正交归一化、矩阵运算、投影、特征值和特征向量、向量空间和范数(Norms),这些都是理解机器学习中所使用的优化方法所需要的。令人惊奇的是现在有很多关于线性代数的在线资源。我一直说,由于大量的资源在互联网是可以获取的,因而传统的教室正在消失。
2. 概率论和统计学:机器学习和统计学并不是迥然不同的领域。事实上,最近就有人将机器学习定义为「在机器上做统计」。机器学习需要的一些概率和统计理论分别是:组合、概率规则和公理、贝叶斯定理、随机变量、方差和期望、条件和联合分布、标准分布(伯努利、二项式、多项式、均匀和高斯)、时刻生成函数(Moment Generating Functions)、最大似然估计(MLE)、先验和后验、最大后验估计(MAP)和抽样方法。
3. 多元微积分:一些必要的主题包括微分和积分、偏微分、向量值函数、方向梯度、海森、雅可比、拉普拉斯、拉格朗日分布。
4. 算法和复杂优化:这对理解我们的机器学习算法的计算效率和可扩展性以及利用我们的数据集中稀疏性很重要。需要的知识有数据结构(二叉树、散列、堆、栈等)、动态规划、随机和子线性算法、图论、梯度/随机下降和原始对偶方法。
5. 其他:这包括以上四个主要领域没有涵盖的数学主题。它们是实数和复数分析(集合和序列、拓扑学、度量空间、单值连续函数、极限)、信息论(熵和信息增益)、函数空间和流形学习。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据统计分析、数据清洗、异常值识别与数据分布研究中,箱型图是最直观、高效、专业的可视化分析工具。相较于柱状图、折线图仅 ...
2026-05-29Tkinter是Python内置的标准GUI图形界面库,具备无需额外安装、调用简单、兼容性强、轻量化高效等优势,是Python快速开发桌面小程 ...
2026-05-29 很多分析师在设计标签时思路清晰,但真到落地环节却面临“数据在手,不知如何转化为可用标签”的困境:或因加工方式选择不当 ...
2026-05-29【核心关键词】大数据、经理、专业、金融、客户、传统、建模、数据产品、互联网金融、产品经理、数据分析、金融行业、数据模型 ...
2026-05-28 很多分析师每天和数据打交道,但当被问到“标签是什么”“标签和指标有什么区别”“标签体系如何设计”时,却常常答不上来。 ...
2026-05-28随着大数据技术的快速普及,各行各业积累了海量的用户数据、交易数据、生产数据与行为数据。单纯的数据统计与报表分析只能呈现表 ...
2026-05-28在Python网络请求、接口测试、数据爬取、业务对接开发中,Requests库是最简洁、最高效的HTTP请求工具,凭借简洁的语法、完善的适 ...
2026-05-272025 年,零售与服务行业的竞争已从 “经验驱动” 全面转向 “数据驱动”。中小企业门店普遍面临数据零散、分析浅层、决策凭感觉 ...
2026-05-27 很多数据分析师每天都在写SQL,但当被问到“数据查询语言(DQL)的本质是什么”“SELECT语句中各子句的书写顺序与实际执行顺 ...
2026-05-27在统计学分析、实验研究、业务数据复盘过程中,单因素方差分析是检验自变量对因变量是否存在显著影响的核心方法。其中,两个水平 ...
2026-05-26【核心关键词】算法、客户、大数据、互联网、调优、建模、模型优化、机器学习、评分卡模型、模型开发、智能风控、业务场景、数 ...
2026-05-26 很多数据分析师写过无数个 SELECT,但当被问到“新建一张表,该如何定义字段类型来保证数据质量”“创建视图和存储物理表有 ...
2026-05-26在数据清洗、统计分析与数据质量检测工作中,箱型图(又称箱线图、Box Plot)是最直观、最高效的可视化分析工具之一。相较于柱状 ...
2026-05-25在大数据分析、数据清洗、质量管控、风险监测等领域,异常数据识别是保障数据质量、确保分析结论精准、规避业务决策失误的核心基 ...
2026-05-25 很多数据分析师精通Excel函数和透视表,但当被问到“数据从哪里来”“表和视图有什么区别”“数据库管理系统和SQL是什么关系 ...
2026-05-25数字化经营时代,企业的市场竞争早已从经验决策转向数据决策。门店营收、用户转化、产品销量、成本损耗、存量资产等所有经营行为 ...
2026-05-22在MySQL数据库日常运维、业务数据校验、数据迁移与数据清洗场景中,自增主键ID的连续性校验是一项基础且关键的工作。MySQL的Auto ...
2026-05-22 很多企业团队并非缺乏指标,而是陷入“指标失控”:仪表盘上堆满实时跳动的数据,却无法回答“当前瓶颈在哪、下一步该做什么 ...
2026-05-22【核心关键词】大数据、可视化、存储、架构、客户、离线、产品、同步、实时、数据仓库、数据分析、数据可视化、存储数据、离线 ...
2026-05-21在电商流量红利消退、公域获客成本持续走高的当下,存量用户深度挖掘已成为店铺增收增效的核心抓手。相较于付费投放获取的陌生新 ...
2026-05-21