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統(tǒng)計建模和機器學習的區(qū)別之我見
2016-11-26
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統(tǒng)計建模和機器學習的區(qū)別之我見

最近我多次被問到統(tǒng)計(尤其是統(tǒng)計建模)、機器學習和人工智能之間有何區(qū)別。其實這三者之間在目標、技術和算法方面有很多重疊的部分。引起困惑的原因不僅僅是因為這些重疊部分,也是因為我們被很多非科普文中的時髦詞兒給迷惑了。

統(tǒng)計建模

統(tǒng)計建模最基本的目標是回答一個問題:哪一種概率模型可以產(chǎn)生我所觀察到的數(shù)據(jù)?因此你必須:

? 從一個合理的模型群里挑出候選模型

? 預估未知變量(參數(shù),Aka擬合模型到數(shù)據(jù)中)

? 比較擬合模型與其他備選模型

舉個例子,如果你的數(shù)據(jù)需要計算,例如流失客戶數(shù)或者細胞分裂數(shù),那么泊松模型(Poisson)、負二項模型或者零膨脹模型(zero-inflated model)都可能適用。

一旦某統(tǒng)計模型被選定,那預估模型將用于測試假設、創(chuàng)建預測值以及置信測量。預估模型將成為我們解析數(shù)據(jù)的透鏡。我們從未宣稱選定模型就能產(chǎn)生數(shù)據(jù),但是我們能觀察它基于某驗證推理在隨機過程所獲取的合理近似值。

驗證推理是統(tǒng)計建模的一個重要部分。舉例而言,要決策到底是哪一種或者哪三種醫(yī)療設備可以讓病患獲得最好的治療,你也許會感興趣使用一個模型,該模型能捕獲某種數(shù)據(jù)機制來判斷該病患在接受不同治療所獲得的不同結果。如果某個模型可以很好地捕獲數(shù)據(jù)產(chǎn)生機制,那么其也可以在那些被觀察數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)做出很好的預測,甚至可能預測出新的觀察結果。

經(jīng)典機器學習

經(jīng)典機器學習是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動型技術,受模式識別啟動,專注于回歸算法和分類算法。其潛在的隨機機制通常并沒有作為最首要一項關注點。當然很多機器學習技術也能通過隨機模型和回歸計算來定義,但是數(shù)據(jù)并不被認為是由其模型直接生成的。因此,最重要的關注點是識別到底是執(zhí)行哪項特定任務的算法還是技術鑒定(或者集成方法):也就是說客戶到底最好被分段于K(數(shù)據(jù)集群或聚類),還是DBSCAN,或者是決策樹,或者是隨機森林,又或者是SVM?

簡而言之,對統(tǒng)計人員來說模型是第一位的,對機器學習者而言,數(shù)據(jù)是第一位的。因為機器學習的終點是數(shù)據(jù),而不是模型。將數(shù)據(jù)分離出來去做訓練集和測試集的驗證技術(鑒定方法)是很重要的。一個解決方案的質(zhì)量高低并不僅僅依賴p-值,而是需要證明這個解決方案在以前不可見數(shù)據(jù)中是否表現(xiàn)良好。將一個統(tǒng)計模型擬合到一個數(shù)據(jù)集,或者將一個決策樹訓練成一個數(shù)據(jù)集,將會需要融合一些未知值的預估值。該決策樹的最佳分割點取決于從屬變量的條件分布參數(shù)的預估值。

對我而言,沒有什么技術被證明可以自我學習。訓練才是成型某種學習的必要過程,換句話說,這意味著要獲取一項新的技能技術,訓練就是學習的一部分。訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡取決于輸入數(shù)據(jù)的權重和偏差,如果它學習分類,而該網(wǎng)絡就變形成為一個分類器。

現(xiàn)代機器學習

機器學習系統(tǒng)如果不是編程去執(zhí)行一個任務,而是編程去學習執(zhí)行一項任務,那么這就是一個真正的學習系統(tǒng),我把這叫做現(xiàn)代機器學習。就像經(jīng)典機器學習的變體,這也是一個數(shù)據(jù)驅(qū)動型的實踐。但不一樣的地方是,現(xiàn)代機器學習不僅僅是依賴于豐富的算法技術,幾乎所有的這類機器學習的應用都基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡技術。

這個領域我們現(xiàn)在傾向于稱它為深度學習,一種機器學習的細分,經(jīng)常應用于人工智能,也就是說讓機器去執(zhí)行人類的任務。

數(shù)據(jù)扮演什么角色?

現(xiàn)在我們可以通過數(shù)據(jù)所承擔的角色來區(qū)分統(tǒng)計建模、經(jīng)典機器學習和現(xiàn)代機器學習。

在統(tǒng)計建模里面,數(shù)據(jù)引導我們?nèi)ミx擇隨機模型,來形成對不同問題概率的抽象表達,例如假設、預測和預報。

在經(jīng)典機器學習里,數(shù)據(jù)驅(qū)動的是對分析技術的選擇,如何最佳地執(zhí)行即將任務,這是數(shù)據(jù)訓練算法。

在現(xiàn)代機器學習里,數(shù)據(jù)驅(qū)動基于神經(jīng)網(wǎng)絡算法的系統(tǒng),去學習具體任務,系統(tǒng)可以自動判定數(shù)據(jù)常量規(guī)則。在訓練神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的過程中,系統(tǒng)逐漸學習到執(zhí)行任務,就像某人所說:“是數(shù)據(jù)在做編程。”


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