我们不断面对各种问题，并努力借助及时可用的技术来解决它们。每个人都知道，许多日常任务往往是自发而快速完成的，甚至常常不需要有意识的努力。这是因为我们从出生起就在学习应对类似问题，因此我们的解决方式被编码在大脑神经细胞之中。 为了解决复杂任务，特别是科学或工程中的任务，需要深入思考，并且可能需要开展大量研究。那么，如果必须快速而正确地回答复杂问题，该怎么办？一些科学家和工程师能够做到这一点，但通常只限于自己的专业领域，因为他们经过了高强度训练或专门课程学习。 如果普通人也希望以同样的速度和效率解决复杂任务，又该怎么办？一种途径是接受专门训练。另一种替代方式是机器学习：它旨在开发一种带有学习机制的计算机模型，使模型能够基于经验或数据进行学习，从而为特定任务提供快速且可靠的解决方案。...
本节阐述使用 Python 编程语言创建机器学习模型的基本原则。Python 是一种功能强大的高级编程语言，不需要编译；同时，在一定程度上也能提供接近底层机器代码语言的运行效率。它已经成为机器学习领域开发工具和应用程序时最常用、最受欢迎的工具之一。借助大量开放且持续更新的库，Python 具有很强的功能扩展能力。它非常适合高效地进行程序设计和代码编写。Python 还具有较快的执行速度，并且其结构非常适合处理大规模数据，而这正是机器学习中的关键环节。 本章并不是正式的 Python 教程，而是帮助读者更容易开始学习并实践后续章节中的材料。我们将重点介绍一些有用的小技巧，以及一些经常影响机器学习代码编写的行为细节。本教材中的全部代码，尤其是本章代码，...
本章讨论如何使用 Python 代码进行典型的科学计算。我们将重点说明数值数据在数学上如何表示，如何被结构化或组织，如何存储、操作、处理以及以高效方式计算。还将讨论这些操作在 Python 中的一些细节。本教材中的所有代码，特别是本章中的代码，可以在 https://sohoware.ru/SohoBook/ 找到。我们的讨论将从向量、矩阵和张量结构数据上的一些线性代数基本运算开始。 线性代数对于任何与大数据相关的计算都极为重要，机器学习也不例外。我们计划借助 Python 编程以及 Python 社区中已经广泛开发的模块，简要回顾线性代数的基本运算。我们将依次说明基本概念、数学记号、数据结构以及计算过程。已经熟悉线性代数基础计算的读者可以跳过本章。我们的讨论从数据结构开始。首先导入必要的模块和函数。...
本章讨论概率论和统计学中与机器学习模型相关的一些方面，以及如何使用 Python 对其进行计算。本教材中的全部代码，尤其是本章代码，可以在 https://sohoware.ru/SohoBook/ 找到。 构建机器学习模型通常是为了基于可用数据以及对这些数据的知识进行预测、分类或识别。预测可以是确定性的，也可以是概率性的。很多时候，我们希望预测某个事件发生的概率，这对于解决某些问题可能非常有用并且具有实践价值。 例如，从事飞机维护的工程师可能希望基于记录和/或诊断数据来估计发动机发生故障的概率。对医生而言，基于患者病历、诊断数据和当前流行病学状况，预测患者在近期发展为危重疾病的概率可能很重要。医疗机构则关注预测大流行发生的概率。所有这些任务都需要对事件发生概率进行定量评估的方法。这可能是一个复杂的研究领域，...
在机器学习（ML）的语境中，构建有效预测模型的一个重要要素，是确定预测函数的假设。该函数建立特征变量与学习参数之间的联系，其选择必须有充分依据。预测函数的核心任务，是利用一组给定的学习参数，在特征空间中高精度地预测任意线性函数。需要强调的是，预测函数被假定为关于特征变量的完整线性函数；这是本领域中的一个基本假设。 完整的线性预测函数在仿射空间中对数据执行仿射变换。此类变换保持仿射性：欧几里得距离和直线的平行性在相应意义下得到保持，尽管角度以及点之间的距离可能发生变化。这保证了数据变换的唯一性和连续性，避免在学习参数变化时出现不同点合并，或一个点被分裂为两个点的情况。 仿射变换是由学习参数控制的线性变换与平移的组合。它能够在特征空间中复现任意一阶函数，这一点对于 ML 模型的预测能力至关重要。...
本章讨论使用机器学习方法进行对象分类的基本方面，特别是感知机和支持向量机（SVM，Support Vector Machine）。本教材以及本章中给出的全部代码可在以下链接找到：https://sohoware.ru/SohoBook/。 在学习和应用计算机科学与人工智能时，一个关键环节是理解并处理各种类型的数据。这些数据既可以对应物理对象，也可以对应抽象概念。这些数据或信息元素通常称为“模式”（pattern），这一术语覆盖范围很广。例如，在日常生活和科学研究中，我们经常需要识别和分类各种对象，如人、家具等，也需要识别和分类更细微、更不易触知的方面，如写作风格或言语风格。 当这些元素需要在计算机系统中处理和分析时，首先会出现一个问题：如何用机器能够理解的格式来表示它们。...
