京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
本文来自CMU的博士,MIT的博士后,vision.ai的联合创始人Tomasz Malisiewicz的个人博客文章,阅读本文,你可以更好的理解计算机视觉是怎么一回事,同时对机器学习是如何随着时间缓慢发展的也有个直观的认识。
以下为正文:
本文我们来关注下三个非常相关的概念(深度学习、机器学习和模式识别),以及他们与2015年最热门的科技主题(机器人和人工智能)的联系。
图1 人工智能并非将人放入一台计算机中
环绕四周,你会发现不缺乏一些初创的高科技公司招聘机器学习专家的岗位。而其中只有一小部分需要深度学习专家。我敢打赌,大多数初创公司都可以从最基本的数据分析中获益。那如何才能发现未来的数据科学家?你需要学习他们的思考方式。
模式识别(Pattern recognition)、机器学习(machine learning)和深度学习(deep learning)代表三种不同的思想流派。模式识别是最古老的(作为一个术语而言,可以说是很过时的)。机器学习是最基础的(当下初创公司和研究实验室的热点领域之一)。而深度学习是非常崭新和有影响力的前沿领域,我们甚至不会去思考后深度学习时代。我们可以看下图所示的谷歌趋势图。可以看到:
1)机器学习就像是一个真正的冠军一样持续昂首而上;
2)模式识别一开始主要是作为机器学习的代名词;
3)模式识别正在慢慢没落和消亡;
4)深度学习是个崭新的和快速攀升的领域。
2004年至今三个概念的谷歌搜索指数
1. 模式识别:智能程序的诞生
模式识别是70年代和80年代非常流行的一个术语。它强调的是如何让一个计算机程序去做一些看起来很“智能”的事情,例如识别“3”这个数字。而且在融入了很多的智慧和直觉后,人们也的确构建了这样的一个程序。例如,区分“3”和“B”或者“3”和“8”。早在以前,大家也不会去关心你是怎么实现的,只要这个机器不是由人躲在盒子里面伪装的就好(图2)。不过,如果你的算法对图像应用了一些像滤波器、边缘检测和形态学处理等等高大上的技术后,模式识别社区肯定就会对它感兴趣。光学字符识别就是从这个社区诞生的。因此,把模式识别称为70年代,80年代和90年代初的“智能”信号处理是合适的。决策树、启发式和二次判别分析等全部诞生于这个时代。而且,在这个时代,模式识别也成为了计算机科学领域的小伙伴搞的东西,而不是电子工程。从这个时代诞生的模式识别领域最著名的书之一是由Duda & Hart执笔的“模式识别(Pattern Classification)”。对基础的研究者来说,仍然是一本不错的入门教材。不过对于里面的一些词汇就不要太纠结了,因为这本书已经有一定的年代了,词汇会有点过时。
图2 一个字符“3”的图像被划分为16个子块。
自定义规则、自定义决策,以及自定义“智能”程序在这个任务上,曾经都风靡一时
小测试:计算机视觉领域最著名的会议叫CVPR,这个PR就是模式识别。你能猜出第一届CVPR会议是哪年召开的吗?
2. 机器学习:从样本中学习的智能程序
在90年代初,人们开始意识到一种可以更有效地构建模式识别算法的方法,那就是用数据(可以通过廉价劳动力采集获得)去替换专家(具有很多图像方面知识的人)。因此,我们搜集大量的人脸和非人脸图像,再选择一个算法,然后冲着咖啡、晒着太阳,等着计算机完成对这些图像的学习。这就是机器学习的思想。“机器学习”强调的是,在给计算机程序(或者机器)输入一些数据后,它必须做一些事情,那就是学习这些数据,而这个学习的步骤是明确的。相信我,就算计算机完成学习要耗上一天的时间,也会比你邀请你的研究伙伴来到你家然后专门手工得为这个任务设计一些分类规则要好。
图3 典型的机器学习流程
在21世纪中期,机器学习成为了计算机科学领域一个重要的研究课题,计算机科学家们开始将这些想法应用到更大范围的问题上,不再限于识别字符、识别猫和狗或者识别图像中的某个目标等等这些问题。研究人员开始将机器学习应用到机器人(强化学习,操控,行动规划,抓取)、基因数据的分析和金融市场的预测中。另外,机器学习与图论的联姻也成就了一个新的课题—图模型。每一个机器人专家都“无奈地”成为了机器学习专家,同时,机器学习也迅速成为了众人渴望的必备技能之一。然而,“机器学习”这个概念对底层算法只字未提。我们已经看到凸优化、核方法、支持向量机和Boosting算法等都有各自辉煌的时期。再加上一些人工设计的特征,那在机器学习领域,我们就有了很多的方法,很多不同的思想流派,然而,对于一个新人来说,对特征和算法的选择依然一头雾水,没有清晰的指导原则。但,值得庆幸的是,这一切即将改变……
3. 深度学习:一统江湖的架构
快进到今天,我们看到的是一个夺人眼球的技术—深度学习。而在深度学习的模型中,受宠爱最多的就是被用在大规模图像识别任务中的卷积神经网络(Convolutional Neural Nets,CNN),简称ConvNets。
图4 ConvNet框架
深度学习强调的是你使用的模型(例如深度卷积多层神经网络),模型中的参数通过从数据中学习获得。然而,深度学习也带来了一些其他需要考虑的问题。因为你面对的是一个高维的模型(即庞大的网络),所以你需要大量的数据(大数据)和强大的运算能力(图形处理器,GPU)才能优化这个模型。卷积被广泛用于深度学习(尤其是计算机视觉应用中),而且它的架构往往都是非浅层的。
如果你要学习Deep Learning,那就得先复习下一些线性代数的基本知识,当然了,也得有编程基础。我强烈推荐Andrej Karpathy的博文:“ 神经网络的黑客指南 ”。另外,作为学习的开端,可以选择一个不用卷积操作的应用问题,然后自己实现基于CPU的反向传播算法。
对于深度学习,还存在很多没有解决的问题。既没有完整的关于深度学习有效性的理论,也没有任何一本能超越机器学习实战经验的指南或者书。另外,深度学习不是万能的,它有足够的理由能日益流行,但始终无法接管整个世界。不过,只要你不断增加你的机器学习技能,你的饭碗无忧。但也不要对深度框架过于崇拜,不要害怕对这些框架进行裁剪和调整,以得到和你的学习算法能协同工作的软件框架。未来的Linux内核也许会在Caffe(一个非常流行的深度学习框架)上运行,然而,伟大的产品总是需要伟大的愿景、领域的专业知识、市场的开发,和最重要的:人类的创造力。
1)大数据(Big-data):大数据是个丰富的概念,例如包含大量数据的存储,数据中隐含信息的挖掘等。对企业经营来说,大数据往往可以给出一些决策的建议。对机器学习算法而言,它与大数据的结合在早几年已经出现。研究人员甚至任何一个日常开发人员都可以接触到云计算、GPU、DevOps和PaaS等等这些服务。
2)人工智能(Artificial Intelligence):人工智能应该是一个最老的术语了,同时也是最含糊的。它在过去50年里经历了几度兴衰。当你遇到一个说自己是做人工智能的人,你可以有两种选择:要么摆个嘲笑的表情,要么抽出一张纸,记录下他所说的一切。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
教材入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3151 “纲举目张,执本末从。” 若想在数据分析领域有所收获,一套合适的学习教材至 ...
2025-11-04【2025最新版】CDA考试教材:CDA教材一级:商业数据分析(2025)__商业数据分析_cda教材_考试教材 (cdaglobal.com) ...
2025-11-04在数字化时代,数据挖掘不再是实验室里的技术探索,而是驱动商业决策的核心能力 —— 它能从海量数据中挖掘出 “降低成本、提升 ...
2025-11-04在 DDPM(Denoising Diffusion Probabilistic Models)训练过程中,开发者最常困惑的问题莫过于:“我的模型 loss 降到多少才算 ...
2025-11-04在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“无监督样本分组” 是高频需求 —— 例如 “将用户按行为特征分为高价值 ...
2025-11-04当沃尔玛数据分析师首次发现 “啤酒与尿布” 的高频共现规律时,他们揭开了数据挖掘最迷人的面纱 —— 那些隐藏在消费行为背后 ...
2025-11-03这个问题精准切中了配对样本统计检验的核心差异点,理解二者区别是避免统计方法误用的关键。核心结论是:stats.ttest_rel(配对 ...
2025-11-03在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“高维数据的潜在规律挖掘” 是进阶需求 —— 例如用户行为包含 “浏览次 ...
2025-11-03在 MySQL 数据查询中,“按顺序计数” 是高频需求 —— 例如 “统计近 7 天每日订单量”“按用户 ID 顺序展示消费记录”“按产品 ...
2025-10-31在数据分析中,“累计百分比” 是衡量 “部分与整体关系” 的核心指标 —— 它通过 “逐步累加的占比”,直观呈现数据的分布特征 ...
2025-10-31在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“二分类预测” 是高频需求 —— 例如 “预测用户是否会流失”“判断客户 ...
2025-10-31在 MySQL 实际应用中,“频繁写入同一表” 是常见场景 —— 如实时日志存储(用户操作日志、系统运行日志)、高频交易记录(支付 ...
2025-10-30为帮助教育工作者、研究者科学分析 “班级规模” 与 “平均成绩” 的关联关系,我将从相关系数的核心定义与类型切入,详解 “数 ...
2025-10-30对 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言,“相关系数” 不是简单的数字计算,而是 “从业务问题出发,量化变量间关联强 ...
2025-10-30在构建前向神经网络(Feedforward Neural Network,简称 FNN)时,“隐藏层数目设多少?每个隐藏层该放多少个神经元?” 是每个 ...
2025-10-29这个问题切中了 Excel 用户的常见困惑 —— 将 “数据可视化工具” 与 “数据挖掘算法” 的功能边界混淆。核心结论是:Excel 透 ...
2025-10-29在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“多组数据差异验证” 是高频需求 —— 例如 “3 家门店的销售额是否有显 ...
2025-10-29在数据分析中,“正态分布” 是许多统计方法(如 t 检验、方差分析、线性回归)的核心假设 —— 数据符合正态分布时,统计检验的 ...
2025-10-28箱线图(Box Plot)作为展示数据分布的核心统计图表,能直观呈现数据的中位数、四分位数、离散程度与异常值,是质量控制、实验分 ...
2025-10-28在 CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的工作中,“分类变量关联分析” 是高频需求 —— 例如 “用户性别是否影响支付方式 ...
2025-10-28