An Introduction to Machine Learning

An Introduction to Machine Learning pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Miroslav Kubat
出品人:
页数:348
译者:
出版时间:2017-9-2
价格:USD 51.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9783319639123
丛书系列:
图书标签:
  • TML
  • 机器学习
  • 人工智能
  • Python
  • 数据科学
  • 算法
  • 统计学习
  • 模型
  • 监督学习
  • 无监督学习
  • 深度学习
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具体描述

This textbook presents fundamental machine learning concepts in an easy to understand manner by providing practical advice, using straightforward examples, and offering engaging discussions of relevant applications. The main topics include Bayesian classifiers, nearest-neighbor classifiers, linear and polynomial classifiers, decision trees, neural networks, and support vector machines. Later chapters show how to combine these simple tools by way of “boosting,” how to exploit them in more complicated domains, and how to deal with diverse advanced practical issues. One chapter is dedicated to the popular genetic algorithms.

This revised edition contains three entirely new chapters on critical topics regarding the pragmatic application of machine learning in industry. The chapters examine multi-label domains, unsupervised learning and its use in deep learning, and logical approaches to induction. Numerous chapters have been expanded, and the presentation of the material has been enhanced. The book contains many new exercises, numerous solved examples, thought-provoking experiments, and computer assignments for independent work.

深度学习的基石:构建智能系统的数学与算法 本书旨在为有志于深入理解现代人工智能核心机制的读者提供一个坚实而全面的理论基础。它侧重于构建智能系统所依赖的数学原理、统计学框架以及核心计算算法,而非对特定应用案例的罗列或工具箱的使用指南。 第一部分:奠定数学基础——理解智能的语言 本部分将全面回顾并深入剖析支撑机器学习和数据科学的必要数学分支。我们相信,脱离严谨的数学视角,对“学习”过程的理解将停留在表层。 第1章:线性代数——向量空间与数据表征 本章从向量空间的基本公理出发,详细阐述了高维数据的几何意义。重点讨论矩阵的乘法、转置、行列式及其在数据变换中的作用。我们将深入探讨特征值与特征向量的概念,解释它们如何揭示数据结构的核心方向(如主成分分析PCA的理论基础)。矩阵分解技术,包括奇异值分解(SVD)的理论推导及其在降维和矩阵近似中的应用,将作为本章的难点和重点进行详尽讲解。此外,正交性、投影定理在最小二乘法中的应用将被细致分析,为后续的回归模型奠定坚实基础。 第2章:概率论与数理统计——量化不确定性 概率论是处理现实世界不确定性的核心工具。本章将从概率的公理化定义开始,系统介绍随机变量、联合分布、条件概率以及贝叶斯定理的深远意义。重点将放在连续随机变量的概率密度函数(PDF)和累积分布函数(CDF)上。统计推断部分,我们将聚焦于矩估计(Method of Moments)和极大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)的推导过程,详细论证MLE在估计模型参数时的优越性。此外,中心极限定理、大数定律的严谨阐述,以及如何利用置信区间和假设检验来验证模型假设,是本章的实践核心。 第3章:多元微积分与优化——寻找最优解的路径 理解模型如何“学习”,本质上就是理解如何最小化误差。本章将专注于多元函数的微分概念,包括偏导数、梯度、Hessian矩阵的计算及其几何解释。链式法则在反向传播算法中的应用将被详细剖析。优化理论是本章的重中之重。我们将从无约束优化问题(如牛顿法、拟牛顿法)的理论出发,逐步过渡到约束优化问题(如拉格朗日乘数法)。核心在于深入理解梯度下降法(Gradient Descent)及其变体的收敛性分析,包括动量(Momentum)、自适应学习率方法(如AdaGrad, RMSProp)的数学推导和收敛性能比较。 第二部分:核心算法的解析——从统计推断到决策边界 本部分将系统性地介绍经典和现代机器学习算法的底层数学构建块,强调算法的假设、目标函数和优化策略。 第4章:经典监督学习模型:回归与分类的数学构建 本章首先深入线性回归(Ordinary Least Squares, OLS)的最小二乘原理,并扩展至正则化方法——岭回归(Ridge)和Lasso回归,解释L2和L1范数如何影响解的稀疏性和稳定性。对于分类问题,本章将着重分析逻辑回归(Logistic Regression)的Sigmoid函数背后的概率解释,推导其交叉熵损失函数(Cross-Entropy Loss)。随后,我们将探讨支持向量机(SVM)的几何原理:最大化间隔(Margin Maximization)的概念,以及核函数(Kernel Trick)如何将低维不可分数据映射到高维可分空间,涉及Mercer定理的直观理解。 第5章:基于概率模型的生成学习方法 本章考察那些通过明确建模数据生成过程来进行学习的方法。我们将详尽分析朴素贝叶斯分类器(Naive Bayes),特别是其条件独立性假设的数学意义及其在文本分类中的稳健性。隐马尔可夫模型(HMM)作为序列数据处理的经典范例,其前向算法、后向算法和维特比(Viterbi)算法的动态规划过程将被彻底解构,揭示其在时间序列分析中的应用潜力。 第6章:基于树的模型与集成学习的理论 决策树算法(如ID3, C4.5, CART)的构建将基于信息论的概念展开。本章将详细解释熵、信息增益和基尼系数(Gini Impurity)的计算与选择机制。随后,我们将深入集成学习的理论核心:偏差-方差权衡(Bias-Variance Tradeoff)。提升(Boosting)方法,特别是AdaBoost的迭代权重分配机制和梯度提升机(GBM)的残差拟合思想将被作为重点进行深入分析。随机森林(Random Forest)中的随机性引入(特征和样本抽样)如何降低方差的理论依据将被充分论证。 第三部分:无监督学习与数据结构发现 本部分关注数据内在结构的发掘,不依赖于预先标记的输出变量。 第7章:聚类分析的几何与统计视角 本章首先探讨基于质心的方法——K-Means算法的迭代优化过程,并分析其对初始中心选择的敏感性及其局部最优解问题。随后,我们将转向基于概率密度的方法——高斯混合模型(GMM),详细阐述期望最大化(EM)算法的两个步骤(E-step和M-step)如何在高斯分布假设下收敛到模型参数的最佳估计。层次聚类方法(Agglomerative vs. Divisive)的连接(Linkage)准则及其树状图(Dendrogram)的解读也将被涵盖。 第8章:降维技术与流形学习 降维的目的不仅是简化计算,更是为了揭示数据的内在低维结构。主成分分析(PCA)将通过其协方差矩阵的特征分解,从线性代数的角度得到复习和深化。区别于PCA的线性假设,本章将侧重于非线性降维技术,如t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)和局部线性嵌入(LLE)。这些流形学习算法如何尝试在低维空间中保持高维数据点之间的局部几何关系将被详细讨论,为数据可视化和特征工程提供高级工具。 第四部分:模型评估、泛化与统计学习理论 理解一个模型“好”的标准,以及它将如何在新数据上表现,是理论学习的关键。 第9章:泛化误差与模型选择 本章探讨统计学习理论的核心——模型的泛化能力。我们将引入经验风险最小化(ERM)的概念,并解释过拟合和欠拟合的根本原因。重点分析交叉验证(Cross-Validation)方法的稳健性及其变体(如K折、留一法LOOCV)。VC维(Vapnik-Chervonenkis Dimension)理论将被引入,用以量化模型的复杂度,并解释其与泛化误差上界之间的关系,为模型选择提供理论依据。 第10章:性能度量与鲁棒性分析 本章将超越简单的准确率(Accuracy),深入探讨针对不同业务场景的性能评估指标。分类任务中,精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1分数以及ROC曲线和AUC值的构建与解读将被详尽阐述。回归任务中,将分析均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE)的特性差异。此外,对模型输出结果的校准(Calibration)以及在面对对抗性样本(Adversarial Examples)时模型的鲁棒性分析也将作为现代统计学习面临的挑战进行介绍。 本书的预期读者是具备扎实微积分和线性代数基础,渴望从根本上理解现代智能系统所依赖的数学和算法框架的工程师、研究人员和高级学生。它提供的是“为什么”和“如何推导”,而非仅仅是“如何调用”的知识体系。

作者简介

Review

“Miroslav Kubat's Introduction to Machine Learning is an excellent overview of a broad range of Machine Learning (ML) techniques. It fills a longstanding need for texts that cover the middle ground of neither oversimplifying nor too technical explanations of key concepts of key Machine Learning algorithms. … All in all it is a very informative and instructive read which is well suited for undergraduate students and aspiring data scientists.” (Holger K. von Joua, Google+, plus.google.com, December, 2016)“It is superbly organized: each section includes a ‘what have you learned’ summary, and every chapter has a short summary, accompanying (brief) historical remarks, and a slew of exercises. … In most of the chapters, there are very clear examples, well chosen and illustrated, that really help the reader understand each concept. … I did learn quite a bit about very basic machine learning by reading this book.” (Jacques Carette, Computing Reviews, January, 2016)

--This text refers to the Paperback edition.

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From the Back Cover

This textbook presents fundamental machine learning concepts in an easy to understand manner by providing practical advice, using straightforward examples, and offering engaging discussions of relevant applications. The main topics include Bayesian classifiers, nearest-neighbor classifiers, linear and polynomial classifiers, decision trees, neural networks, and support vector machines. Later chapters show how to combine these simple tools by way of “boosting,” how to exploit them in more complicated domains, and how to deal with diverse advanced practical issues. One chapter is dedicated to the popular genetic algorithms. This revised edition contains three entirely new chapters on critical topics regarding the pragmatic application of machine learning in industry. The chapters examine multi-label domains, unsupervised learning and its use in deep learning, and logical approaches to induction as well as Inductive Logic Programming. Numerous chapters have been expanded, and the presentation of the material has been enhanced. The book contains many new exercises, numerous solved examples, thought-provoking experiments, and computer assignments for independent work.

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目录信息

读后感

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用户评价

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我不得不承认,在这之前,我对机器学习的理解一直是碎片化的。直到我读了这本书,我才感觉我建立起了一个完整的知识体系。作者的写作风格非常沉稳大气,他对每一个概念的讲解都力求严谨,同时又不失趣味性。我特别喜欢书中关于“数据”的讨论,它让我明白,机器学习的成功与否,很大程度上取决于数据的质量和预处理。从特征工程到异常值检测,再到数据归一化,书中的讲解都非常详细,并且提供了相应的实践指导。我花了很多时间去理解这些数据处理的细节,因为我知道,这是后续模型训练的基础。书中的一些案例分析也写得非常精彩,作者通过分析真实的机器学习项目,向我们展示了如何从问题定义到模型部署的整个流程,这让我对机器学习的实际应用有了更直观的认识。我感觉这本书不仅仅是一本技术指南,更是一位经验丰富的导师,在我学习的道路上给予我指导和启发。

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这本书给我最大的感受是,它有一种“化繁为简”的能力。很多我认为非常难理解的概念,经过作者的阐述,突然就变得清晰起来。我特别喜欢它在讲解神经网络时,用了“神经元”这个比喻,并且详细地解释了权重、偏置、激活函数的作用,这让我对神经网络的内部运作有了一个初步但清晰的认识。书中的代码示例也写得非常简洁高效,并且都是基于一些主流的机器学习库,比如Scikit-learn和TensorFlow,这让我能够很快地将书中的知识应用到实际项目中。我非常享受这种“学以致用”的过程,每一次成功运行代码,都会让我对机器学习的信心倍增。此外,书中还提供了一些关于如何选择合适的模型、如何处理不平衡数据集等实用技巧,这些内容在很多教材中都可能被忽略,但它们对于构建一个真正可用的机器学习系统至关重要。我感觉这本书不仅仅是在教授我“技术”,更是在培养我的“工程思维”。

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这本书的文字有一种独特的魅力,它能够将枯燥的技术讲解得生动有趣,让我读起来欲罢不能。作者的语言风格非常洒脱,但他对知识的严谨性却丝毫不打折扣。我尤其喜欢书中对于“模型选择”的讨论,它让我明白,并没有所谓的“万能模型”,只有最适合特定问题的模型。作者详细介绍了各种模型的优缺点,以及如何根据问题的特点来选择合适的模型。书中的一些“陷阱”提示,也让我受益匪浅,它们提醒我注意一些常见的错误,从而避免在实际应用中走弯路。我感觉这本书就像一个经验丰富的向导,它能够带我穿过机器学习的迷宫,让我少走很多弯路。我特别喜欢书中的一些“案例研究”,它们通过分析真实世界的机器学习项目,向我们展示了如何将理论知识转化为实际的应用,这让我对机器学习的未来发展充满了期待。这本书为我提供了一个坚实的基础,并且点燃了我对机器学习更深入探索的热情。

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这本书给我的感觉是,它对于机器学习的各个方面都进行了相当全面的覆盖,而且讲解得非常深入。我之前看过的很多资料,要么过于浅显,要么过于专业,难以找到一个平衡点。而这本书恰恰做到了这一点,它既有对基础概念的清晰阐述,也有对高级算法的细致讲解。我尤其赞赏它在讲解模型评估和选择时所花的笔墨,这部分内容对于构建一个有效的机器学习系统至关重要。作者详细介绍了精度、召回率、F1分数、ROC曲线等评估指标,并且解释了它们各自的适用场景和局限性。此外,书中还讨论了交叉验证、网格搜索等模型调优技术,这些都让我受益匪浅。我感觉这本书不仅教会了我如何使用机器学习算法,更教会了我如何科学地评估和优化我的模型,这让我能够更自信地去解决实际问题。书中的一些图表,例如混淆矩阵的可视化,以及不同算法性能的对比图,都非常有帮助,它们能够直观地展示算法的优劣。总而言之,这本书为我提供了一个扎实而全面的机器学习知识体系,让我对这个领域有了更深刻的认识。

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坦白说,我拿到这本书的时候,并没有抱太大的期望,因为机器学习这个领域听起来就非常高深。但当我翻开它之后,我惊喜地发现,它竟然如此平易近人。作者的写作风格非常独特,他似乎能够站在读者的角度思考问题,并且用一种非常鼓励和启发的方式来引导学习。我特别欣赏书中对于“为什么”的解释,不仅仅是告诉你“怎么做”,更重要的是让你理解“为什么这么做”。例如,在讲解线性回归时,作者详细地分析了最小二乘法的原理,以及它为什么能够找到最优的拟合线,这种深入浅出的解释让我豁然开朗。书中的案例选材也非常贴近实际生活,比如用它来预测股票价格,或者识别垃圾邮件,这些都是我们日常生活中能够接触到的问题,这使得机器学习的概念不再遥远,而是触手可及。我最喜欢的是书中的一些“思考题”和“拓展阅读”,它们能够激发我进一步思考,并且引导我去探索更深入的内容。我感觉这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养我的学习习惯和探索精神。对于像我这样刚开始接触机器学习的人来说,这本书无疑是一本非常宝贵的启蒙读物。

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这本书的独特之处在于,它不仅仅关注算法本身,更强调了算法背后的“思想”。作者在讲解每一个算法时,都会追溯其思想的起源,以及它试图解决的问题。我特别欣赏它在讲解支持向量机(SVM)时,不仅仅介绍了核函数和间隔最大化,更深入地探讨了它在高维空间中的映射思想,这让我对SVM有了更深层次的理解。书中的例子也很有启发性,作者会引导我们思考,为什么这个算法在这个场景下是有效的,而换一个场景可能就不那么有效。这种“反思性”的学习方式,让我不仅仅是记住公式和代码,更能理解算法的适用性和局限性。我感觉这本书就像一个黑匣子,它不仅仅是展示给我看各种神奇的算法,更重要的是,它尝试打开这个黑匣子,让我看到内部的运作机制,从而获得更深刻的理解。对于我来说,这本书不仅仅是一本学习资料,更是一次思维的启迪。

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这本书的叙述方式可以说是相当的“接地气”,让我这个初学者也能看得津津有味。它没有一开始就抛出大量的专业术语和复杂的公式,而是从最基本的问题入手,一步一步地引导读者进入机器学习的世界。我尤其喜欢它在介绍算法时,会先给出算法的核心思想,再通过实际例子来解释它是如何工作的。比如,在讲解K-Means聚类时,作者没有直接给出算法步骤,而是先描绘了一个场景,比如将一群学生按照他们的考试成绩和学习时间分成几个不同的学习小组,然后才引入K-Means算法,通过迭代过程来完成分组。这种方式让我能够快速理解算法的意图和逻辑。书中的代码示例也写得非常规范,并且注释清晰,我可以跟着代码一步步地在自己的环境中运行,验证书中的内容。这对于巩固学习效果非常有帮助。我发现,很多机器学习的教程往往会跳过一些基础概念的讲解,或者讲得不够透彻,而这本书在这方面做得非常出色,它让我对数据预处理、特征选择等前期步骤有了更扎实的理解,这对于后续的学习至关重要。我感觉这本书不仅仅是在教我技术,更是在培养我的解决问题的思路和能力。

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这本书真是让我眼前一亮,打开第一页,我就被那种清晰流畅的写作风格吸引住了。作者似乎非常懂得如何将复杂的概念拆解成易于理解的部分,就像一位经验丰富的老师,循循善诱地引导着我一步步深入。我尤其欣赏它在讲解基础概念时所用的比喻和实例,它们生动形象,让我能够迅速建立起对抽象理论的直观认识。比如,在介绍监督学习时,作者用了一个预测房价的例子,从数据收集、特征工程到模型选择和评估,整个流程都讲解得非常到位,让我明白了机器学习不仅仅是写代码,更是解决实际问题的艺术。更难能可贵的是,书中并没有回避机器学习中可能遇到的挑战和陷阱,比如过拟合、欠拟合等问题,作者都给出了详细的解释和相应的解决方案,这让我感到非常实用。书中的图表也恰到好处,它们不仅仅是装饰,更是辅助理解的利器,将枯燥的数据和模型可视化,大大降低了学习的门槛。我常常会在阅读某个章节时,停下来仔细研究图表,然后豁然开朗。虽然我之前对机器学习有过一些零散的了解,但这本书让我系统地梳理了知识体系,并且填补了很多我之前模糊不清的地方。它让我明白,机器学习并非遥不可及,只要掌握了正确的方法和工具,每个人都有可能掌握这项强大的技术。我期待着继续深入阅读,探索更多有趣的算法和应用。

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我必须说,这本书的结构安排是相当精巧的。作者似乎非常注重逻辑的连贯性和知识的递进性,让我能够循序渐进地掌握机器学习的知识。我喜欢它在每个章节的开头都会设定一个“学习目标”,这样我清楚地知道这一章我将要学到什么,这让我能够更有针对性地去阅读。书中的例子也非常生动有趣,比如用推荐系统来讲解协同过滤,用图像识别来介绍卷积神经网络,这些都是非常热门且具有实际应用价值的领域。我跟着书中的例子,一步步地去实现,在这个过程中,我对算法的理解也越来越深刻。我尤其欣赏书中对于算法的“原理”和“实现”的平衡,它既不会让理论过于枯燥,也不会让实践过于肤浅。我感觉这本书就像一个指南针,指引着我在机器学习的广阔海洋中航行。对于我而言,这本书不仅仅是一本教材,更是一个可以反复查阅的参考资料,我相信在未来的学习和工作中,它都能给我带来巨大的帮助。

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这本书给我的感受是,它不仅仅是一本技术书籍,更像是一次知识的探索之旅。作者在行文中流露出的那种对机器学习领域的热情和洞察力,让我仿佛置身于一个充满活力的学术研讨会。我特别喜欢它对不同算法的起源和发展历程的介绍,这使得我不仅仅了解了“是什么”,更理解了“为什么”。例如,在讲解决策树时,作者深入剖析了ID3、C4.5、CART等算法的演变,以及它们各自的优缺点和适用场景,让我对算法的迭代和优化有了更深刻的认识。书中的数学推导部分虽然严谨,但作者巧妙地运用了大量的图示和文字解释,让原本可能令人望而却步的公式变得相对容易理解。我花了很多时间去理解其中的数学原理,每一次的理解都让我感到一种成就感。此外,书中还穿插了一些关于机器学习伦理和社会影响的讨论,这让我意识到,作为一名学习者,我们也需要关注技术背后的社会责任,这无疑拓宽了我的视野,也让我对机器学习有了更全面、更深入的思考。我发现,很多我在其他地方看到过的零散知识点,在这本书里都被有机地串联起来,形成了一个完整的知识网络。这种系统性的梳理,对于建立牢固的学习基础至关重要。

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