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标题: Spark-呆板学习（1）什么是呆板学习与MLlib算法库的认识 [打印本页]

作者: 种地 时间: 2024-7-17 10:48
标题: Spark-呆板学习（1）什么是呆板学习与MLlib算法库的认识
从这一系列开始，我会带着各人一起相识我们的呆板学习，相识我们spark呆板学习中的MLIib算法库，知道它大概的模型，熟悉并认识它。同时，本篇文章为个人spark免费专栏的系列文章，有爱好的可以收藏关注一下，谢谢。同时，希望我的文章能帮助到每一个正在学习的你们。
Spark-大数据技术与应用

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目次
一、什么是呆板学习
呆板学习
发展汗青
呆板学习模型
监督模型
无监督模型
概率模型
二、MLlib算法库
什么是MLlib算法库
MLlib的方法：

一、什么是呆板学习

个人以为，呆板学习是一个非常庞大的概念，不论是它自己的模型，运用它是产生的海量数据与决策，还是它那涵盖了浩繁的模型、算法和技术。而且随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，呆板学习的影响力和重要性也将继承提拔，所以，呆板学习现在的热度高，将来很长时间内也不会衰减甚至更值得学习。
呆板学习

呆板学习是一门多领域交错学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究盘算机怎样模拟或实现人类的学习举动，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识布局使之不断改善自身的性能。它是人工智能焦点，是使盘算机具有智能的根本途径。
呆板学习算法通过从数据中自动分析和学习规律，使盘算机能够自动获取新知识和本领。它可以处置惩罚大量的复杂数据并从中提取出有用的信息，并根据不断的经验来改善自身的性能。呆板学习算法构建一个基于样本数据的数学模型，即“训练数据”，以便在没有明确编程来实行任务的情况下进行猜测或决策。
发展汗青

呆板学习的发展可以追溯到上世纪50年代。1952年，Arthur Samuel在IBM开辟了第一个自我学习程序，这标记着呆板学习的起步。此后，随着技术的发展，呆板学习领域不断取得突破，包括感知机、最近邻算法、决策树、随机森林等算法的提出，以及深度学习的兴起。这些创新推动了呆板学习在各个领域的应用和发展。
有监督学习：

聚类：

概率图模型：

深度学习：

强化学习：

呆板学习模型

呆板学习模型图

监督模型

工作原理：

数据标注：在监督学习中，训练数据集中的每个样本都被标注了一个目标值或标签。这些标签可以是分类标签（如类别名称）或回归值（如连续的数字）。
模型训练：算法使用这些带有标签的数据来训练模型。它学习如何根据输入特征猜测目标值。
猜测与评估：一旦模型训练完成，它就可以用于对新的、未标注的数据进行猜测。猜测的正确性通常通过评估指标（如正确率、召回率、F1分数等）来衡量。

在监督模型中，我们常用的算法有：

线性回归：用于猜测一个连续的目标值，基于输入特征与目标值之间的线性关系。
逻辑回归：虽然名字中有“回归”，但实际上是一种分类算法，用于猜测二分类或多分类题目。
支持向量机（SVM）：通过找到一个超平面来最大化差别类别之间的间隔，从而进行分类。
决策树：通过一系列的题目和答案来进行猜测，每个题目都基于一个输入特征。
随机森林：由多个决策树组成，通过集成多个树的猜测结果来进步正确性。
神经网络：模拟人脑中的神经元布局，通过多层网络进行学习和猜测。

广泛应用在：

图像辨认：辨认图像中的物体或场景。
自然语言处置惩罚：情感分析、文本分类、呆板翻译等。
金融领域：名誉风险评估、股票价格猜测等。
医疗诊断：基于医疗图像或患者数据猜测疾病。

监督学习模型是呆板学习中的焦点组成部分，它通过学习带有标签的数据来建立猜测模型，并在各种实际应用中发挥着重要作用。
无监督模型

工作原理：
无监督学习模型通过对大量无标签数据进行迭代盘算，自动地发现数据的布局和模式。这些模型通常基于数据的相似性、距离或其他度量来构建，从而将数据分组或降维。
在无监督模型中，我们常用的算法有：

聚类算法：如K-均值聚类（K-means）和条理聚类。这些算法将数据点划分为差别的组或簇，使得同一簇内的数据点尽可能相似，而差别簇之间的数据点尽可能差别。
降维算法：如主因素分析（PCA）和自编码器。这些算法用于淘汰数据的维度，同时保存数据中的重要特征或布局。降维有助于淘汰盘算复杂性、消除噪声并可视化高维数据。

广泛应用在：

图像处置惩罚：用于图像分割、特征提取和异常检测。
社交网络分析：辨认社区、用户群体和社交模式。
市场分析：通过聚类分析消费者举动和市场趋势。
自然语言处置惩罚：用于文本聚类和主题建模。

无监督学习模型为处置惩罚未标记数据提供了强大的工具，能够发现数据中的布局和模式，为各种实际应用提供了有力支持。
概率模型

工作原理：
在呆板学习中，概率模型通过给定的数据来估计和盘算差别事件或结果发生的概率。这通常涉及到数据的统计分析和概率推断，以确定模型参数的最优值。一旦模型建立完成，它就可以用于猜测新数据的举动或结果，并根据概率分布给出相应的猜测概率。
常用的算法有：

朴素贝叶斯算法：这是一种基于贝叶斯定理和特征条件独立假设的分类方法。它常用于文本分类、垃圾邮件过滤等任务。朴素贝叶斯算法根据先验概率和特征条件概率来盘算后验概率，从而进行分类。根据应用场景的差别，朴素贝叶斯算法可以分为GaussianNB、MultinomialNB和BernoulliNB等变种。
隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model, HMM）：HMM是一种统计模型，它用来描述一个含有隐含未知参数的马尔可夫过程。HMM常被用于时序数据的建模，如语音辨认、自然语言处置惩罚等。
最大熵模型：最大熵原理是一种选择概率模型的原则，它以为在满意束缚条件的模型集合中，选择熵最大的模型是最好的模型。最大熵模型可以用于各种分类和回归任务。
概率图模型：包括一系列基于图布局的概率模型，如马尔可夫随机场、信念网络等。这些模型通过图来表示变量之间的关系，并利用图论和概率论的方法来进行推理和学习。
混合高斯模型（Gaussian Mixture Model, GMM）：GMM是一种概率模型，它假设全部数据都是由有限个高斯分布混合而成的。GMM常用于聚类分析和密度估计。
盼望最大化算法（Expectation-Maximization, EM）：EM算法是一种迭代方法，常用于概率模型中的参数估计。它通过在E步（盼望步）盘算盼望，然后在M步（最大化步）最大化这个盼望，来找到参数的最优估计。
变分推断（Variational Inference）：这是一种在概率图模型中进行近似推断的方法。它通过优化一个易于处置惩罚的分布来近似难以处置惩罚的真实后验分布。
蒙特卡洛方法：这是一种基于随机抽样的统计方法，用于估计复杂函数的积分和办理各种概率题目。在呆板学习中，蒙特卡洛方法常用于模型参数的估计和复杂概率分布的盘算。

二、MLlib算法库

什么是MLlib算法库

MLlib是Spark的呆板学习库，旨在简化呆板学习的工程实践工作，并方便扩展到更大规模的数据集。它提供了一组丰富的呆板学习算法和工具，用于数据预处置惩罚、特征提取、模型训练和评估等任务。MLlib是基于Spark的分布式盘算引擎构建的，可以处置惩罚大规模数据集，并利用分布式盘算的上风来加快呆板学习任务的实行。
MLlib提供了丰富的算法实现，包括线性回归、逻辑回归、决策树、随机森林、梯度提拔树、K-means聚类等，以及用于特征提取、转换和选择的工具。别的，MLlib还支持使用管道（Pipeline）API将多个呆板学习步骤组合成一个统一的流程，从而简化模型训练和调优的过程。
MLlib的方法：

方法作用使用方式分类用于猜测离散型目标变量使用MLlib的分类算法（如逻辑回归、决策树、随机森林等）训练模型，然后对新的数据进行猜测。回归用于猜测连续型目标变量使用MLlib的回归算法（如线性回归、决策树回归等）训练模型，用于猜测数值型结果。聚类用于将数据划分为具有相似性的差别簇利用MLlib的聚类算法（如K-means）对数据进行分组，发现数据中的布局和模式。协同过滤用于保举体系中的用户或物品的相似度盘算应用MLlib的协同过滤算法，根据用户的汗青举动和其他用户的相似性生成保举。特征工程提取、转换和选择特征，进步模型性能使用MLlib的特征化工具进行特征提取、降维、转换和选择，优化特征表示。管道(Pipeline)构建、评估和调整呆板学习管道利用MLlib的管道API，将多个呆板学习步骤组合成一个统一的流程，方便管理和调优。模型长期化保存和加载模型，以便复用和部署使用MLlib的长期化功能，将训练好的模型保存到文件或数据库中，方便后续的猜测和部署。末了，MLlib是基于Spark的分布式盘算引擎构建的，因此在使用MLlib时，我们必要熟悉Spark的基本概念和编程模型，如RDD（弹性分布式数据集）和DataFrame等。通过编写Spark应用程序，我们可以利用MLlib提供的算法和工具来处置惩罚大规模数据集，并进行高效的呆板学习任务。
一起开始我们的spark呆板学习之旅吧~

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