漫画机器学习入门

本书采用漫画的形式，使读者轻松阅读对话的方式，使读者在故事的进展中和故事中的人物一起学习，没有学习的枯燥感，在不知不觉中学习到知识全书没有深奥的公式。 

本书以多层神经网络、玻尔兹曼机器学习等经典理论为开端，以深度学习为结果，向读者展示了一个非常美妙的机器学习技术领域。内容包括数据采集、数据挖掘、机器学习、支持向量机、神经网络、模型调整、基于玻尔兹曼机器学习的图像处理方法等。全书以一个众所周知的童话故事为蓝本，加入漫画插图的形式，开拓了一个零基础的读者也能够看懂并且乐于接受的学习方法。虽然采用漫画插图的表达形式，但是书中对于专业内容的介绍仍然非常全面，仅仅是去掉了让人不容易理解的数学公式，取而代之的是简单易懂的一问一答的对话形式。本书适合人工智能、机器学习方向的学生和技术人员学习，也适合广大人工智能爱好者阅读。

第1 章 一无所知的魔镜

1-1 王后与魔镜的出场        
2

1-2 尝试机器学习         
6

知识专栏 什么是机器学习      
9

1-3 数据是机器学习的条件       
10

知识专栏 机器的自己学习        
13

第2 章 美丽的秘诀

2-1 魔镜的回答         
15

知识专栏 数学的重要性        
19

2-2 挑战回归问题        
20

知识专栏 机器能和人一样吗？      
26

2-3 描述美丽程度的函数     
27

知识专栏 机器学习的老师       
36

第3 章 挑战解

3-1 学习热情高涨的王后     
38

知识专栏 要善于学习好的算法      
48

3-2 模型的力量        
49

知识专栏 训练用数据和测试用数据     
53

3-3 寻找新的特征量      
54

知识专栏 函数的复杂性        
61

3-4 人工神经网络        
62

知识专栏 大脑的信息处理机能      
65

第4 章 挑战深度学习

4-1 多层神经网络        
67

知识专栏 深度学习的提出       
75

4-2 防止过度学习        
76

知识专栏 要战胜过度学习       
80

4-3 批量学习与在线学习      
81

知识专栏 概率梯度下降法        
91

第5 章 预测未来

5-1 魔镜的识别能力      
93

5-2 寻找边界条件        
95

知识专栏 支持向量机的通用性      
101

5-3 数据可以分割到什么程度？    
102

知识专栏 能够实现空间变形的内核法     
106

5-4 填补空数据        
107

知识专栏 数据的由来        
114

5-5 挖掘数据中的本质        
115

知识专栏 简洁性与人的直觉       
121

第6 章 无所不能的魔镜

6-1 图像数据的重要性       
123

知识专栏 磁铁也能机器学习？     
125

6-2 基于玻尔兹曼机器学习的图像处理方法   
126

知识专栏 机器学习和统计力学      
141

6-3 获取更加复杂的特征       
142

知识专栏 变分原理      
147

6-4 多彩世界中的隐含变量      
148

知识专栏 数据的采集       
154

6-5 寻找复杂数据的本质       
155

知识专栏 Hinton的故事       166

第7 章 看脸识美人

7-1 的魔镜        
168

7-2 原来魔镜是这样工作的      
179

魔镜的制作方法（参考书籍推荐）     
185

后序           192

 

当我们观察儿童成长的时候，经常会提出这样一个问题：孩子们究竟是如何认识和理解这个世界的。虽然我们知道知识的获得与积累是要在不断的失败中吸取教训并获得经验，但我们还是希望知道“我们学习的所谓的知识究竟是什么”。如果人类的这种学习方法被发现并掌握之后，同样具有学习能力的计算机是否也可以来处理这一过程呢？

能够回答上面问题的是被称为机器学习的技术。

机器学习是指计算机通过不断地处理数据并修正算法和参数来学习各种规则。那么到底是如何进行的呢？

机器学习通过不断地改进模型而得到更加优化的算法。本书选取了其中的玻尔兹曼机器学习和深度学习（Deep
Learning）进行讲解。

利用玻尔兹曼机器学习，就可以通过不断地观察图像来记住世上各种各样的场景。我们知道，人类即使面对模糊的、甚至有一部分被遮挡的物体照片时，也能够迅速判断出这个物体是什么。这是从过去的经验和现在的状况中获得的知识和能力。而将这种技术搭载到计算机上，这就是玻尔兹曼机器学习。也就是说，能把眼睛和大脑中的记忆部分放在计算机上运行。

深度学习则是一种更新的技术，能够更进一步将大脑的判断能力也附着在计算机上。通过深度学习，计算机就可以进行识别与预测了。人们通过观察，就能识别出某物，或者判断出某物在之前的某地见到过。深度学习可以将人的这种能力赋予计算机。

如果能够充分利用这些技术，在文学影视作品中十分常见的“人工智能”或许能够很快走进我们的生活。这种圆梦在即的兴奋感，让全世界为之振奋不已。而真正让人们心头一惊的，则是近来大热的基于深度学习的由Deep Mind团队开发的Alpha Go的横空出世。计算机利用的机器学习技术在围棋比赛中战胜了人类高手。我们感受到目前正处于一个令人兴奋的时代。同时我们也会抱有一种好奇的心态：这种战胜了人类选手的计算机究竟运用的是什么技术呢？

好奇就要好好学习啦！可是当我们来到书店，就会发现书架上摆着一大堆与机器学习相关的书籍，我们需要的信息在网上基本也都可以得到。所以买什么书合适呢？有没有必要买书呢？有些读者其实只是想知道机器学习究竟是什么，想了解机器是如何获得知识的。对于这些读者，他们是希望先了解一下相关知识，如果有必要再进行深入的学习。

为了能让这一部分读者获得希望了解的信息，本书尝试利用一个广为人知的故事来向大家展示这一划时代的技术，包括深度学习和它的前身玻尔兹曼机器学习。这是一本没有公式的书，内容是由一个故事引出的。任何有兴趣的读者都可以阅读，我们做了一次世界上独一无二的尝试。

这本书无论是对机器学习抱有兴趣的上班族，还是想要从某个兴趣出发去做一些事情的人来说，都是一个非常好的选择。退休后在家享受生活的年长者们也可以当作看故事书一样来看这本书。这本书同样也非常适合小学生和中学生在学校作为研究的课题或在家与父母一起作为科学话题来聊聊。总之本书是非常简单易懂的，但是在本书故事结束的时候，希望能够为推动机器学习的人才培养做出一些贡献。如果本书能够让各位读者了解到一些基础知识，大家一起迈向机器学习的新时代，那么这本书的目标也就达成了。

2016年11月

大关真之