机器学习概念性知识总结

分类一般针对离散型数据而言的，回归是针对连续型数据的。本质上是一样的

机器学习中分类与聚类的本质区别
机器学习中有两类的大问题，一个是分类，一个是聚类。 
在我们的生活中，我们常常没有过多的去区分这两个概念，觉得聚类就是分类，分类也差不多就是聚类，下面，我们就具体来研究下分类与聚类之间在数据挖掘中本质的区别。
分类
分类有如下几种说法，但表达的意思是相同的。
分类（classification）:分类任务就是通过学习得到一个目标函数f，把每个属性集x映射到一个预先定义的类标号y中。
分类是根据一些给定的已知类别标号的样本，训练某种学习机器（即得到某种目标函数），使它能够对未知类别的样本进行分类。这属于supervised learning（监督学习）。
分类：通过学习来得到样本属性与类标号之间的关系。 
用自己的话来说，就是我们根据已知的一些样本（包括属性与类标号）来得到分类模型（即得到样本属性与类标号之间的函数），然后通过此目标函数来对只包含属性的样本数据进行分类。
分类算法的局限
分类作为一种监督学习方法，要求必须事先明确知道各个类别的信息，并且断言所有待分类项都有一个类别与之对应。但是很多时候上述条件得不到满足，尤其是在处理海量数据的时候，如果通过预处理使得数据满足分类算法的要求，则代价非常大，这时候可以考虑使用聚类算法。
聚类
聚类的相关的一些概念如下
而聚类指事先并不知道任何样本的类别标号，希望通过某种算法来把一组未知类别的样本划分成若干类别，聚类的时候，我们并不关心某一类是什么，我们需要实现的目标只是把相似的东西聚到一起，这在机器学习中被称作 unsupervised learning （无监督学习）
通常，人们根据样本间的某种距离或者相似性来定义聚类，即把相似的（或距离近的）样本聚为同一类，而把不相似的（或距离远的）样本归在其他类。
聚类的目标：组内的对象相互之间时相似的（相关的），而不同组中的对象是不同的（不相关的）。组内的相似性越大，组间差别越大，聚类就越好。
分类与聚类的比较
聚类分析是研究如何在没有训练的条件下把样本划分为若干类。
在分类中，对于目标数据库中存在哪些类是知道的，要做的就是将每一条记录分别属于哪一类标记出来。
聚类需要解决的问题是将已给定的若干无标记的模式聚集起来使之成为有意义的聚类，聚类是在预先不知道目标数据库到底有多少类的情况下，希望将所有的记录组成不同的类或者说聚类，并且使得在这种分类情况下，以某种度量（例如：距离）为标准的相似性，在同一聚类之间最小化，而在不同聚类之间最大化。
与分类不同，无监督学习不依赖预先定义的类或带类标记的训练实例，需要由聚类学习算法自动确定标记，而分类学习的实例或数据样本有类别标记。
要说明内容
因为最近在研究者两种算法，也就刚好用来说一下分类和聚类不同的算法。 
SVM与二分K均值算法的区别之一：支持向量机（SVM）是一种分类算法，二分k均值算法属于一种聚类算法。
在《数据挖掘导论（完整版）》这本书第306页中有这样一句话：聚类可以看做一种分类，它用类标号创建对象的标记，然而只能从数据导出这些标号。相比之下，前面所说的分类是监督分类（supervised classification）:即使用有类标号已知的对象开发的模型，对新的、无标记的对象赋予类标号。为此，有时称聚类分析为非监督分类（unsupervised classification）。在数据挖掘中，不附加任何条件使用术语分类时，通常是指监督分类。
因此，SVM与二分K均值算法的区别之一：支持向量机（SVM）是一种监督分类算法，二分k均值算法属于一种非监督分类算法。

简单地说，分类(Categorization or Classification)就是按照某种标准给对象贴标签(label)，再根据标签来区分归类。
简单地说，聚类是指事先没有“标签”而通过某种成团分析找出事物之间存在聚集性原因的过程。

有监督学习(supervised learning)和无监督学习(unsupervised learning)
机器学习的常用方法，主要分为有监督学习(supervised learning)和无监督学习(unsupervised learning)。监督学习，就是人们常说的分类，通过已有的训练样本（即已知数据以及其对应的输出）去训练得到一个最优模型（这个模型属于某个函数的集合，最优则表示在某个评价准则下是最佳的），再利用这个模型将所有的输入映射为相应的输出，对输出进行简单的判断从而实现分类的目的，也就具有了对未知数据进行分类的能力。在人对事物的认识中，我们从孩子开始就被大人们教授这是鸟啊、那是猪啊、那是房子啊，等等。我们所见到的景物就是输入数据，而大人们对这些景物的判断结果（是房子还是鸟啊）就是相应的输出。当我们见识多了以后，脑子里就慢慢地得到了一些泛化的模型，这就是训练得到的那个（或者那些）函数，从而不需要大人在旁边指点的时候，我们也能分辨的出来哪些是房子，哪些是鸟。监督学习里典型的例子就是KNN、SVM。无监督学习（也有人叫非监督学习，反正都差不多）则是另一种研究的比较多的学习方法，它与监督学习的不同之处，在于我们事先没有任何训练样本，而需要直接对数据进行建模。这听起来似乎有点不可思议，但是在我们自身认识世界的过程中很多处都用到了无监督学习。比如我们去参观一个画展，我们完全对艺术一无所知，但是欣赏完多幅作品之后，我们也能把它们分成不同的派别（比如哪些更朦胧一点，哪些更写实一些，即使我们不知道什么叫做朦胧派，什么叫做写实派，但是至少我们能把他们分为两个类）。无监督学习里典型的例子就是聚类了。聚类的目的在于把相似的东西聚在一起，而我们并不关心这一类是什么。因此，一个聚类算法通常只需要知道如何计算相似度就可以开始工作了。
         那么，什么时候应该采用监督学习，什么时候应该采用非监督学习呢？我也是从一次面试的过程中被问到这个问题以后才开始认真地考虑答案。一种非常简单的回答就是从定义入手，如果我们在分类的过程中有训练样本(training data)，则可以考虑用监督学习的方法；如果没有训练样本，则不可能用监督学习的方法。但是事实上，我们在针对一个现实问题进行解答的过程中，即使我们没有现成的训练样本，我们也能够凭借自己的双眼，从待分类的数据中人工标注一些样本，并把他们作为训练样本，这样的话就可以把条件改善，用监督学习的方法来做。当然不得不说的是有时候数据表达的会非常隐蔽，也就是说我们手头的信息不是抽象的形式，而是具体的一大堆数字，这样我们很难凭借人本身对它们简单地进行分类。这个说的好像有点不大明白，举个例子说就是在bag-of-words模型的时候，我们利用k-means的方法聚类从而对数据投影，这时候用k-means就是因为我们当前到手的只有一大堆数据，而且是很高维的，当我们想把他们分为50个类的时候，我们已经无力将每个数据标记说这个数应该是哪个类，那个数又应该是哪个类了。所以说遇到这种情况也只有无监督学习能够帮助我们了。那么这么说来，能不能再深入地问下去，如果有训练样本（或者说如果我们可以获得到一些训练数据的话），监督学习就会比无监督学习更合适呢？（照我们单纯地想，有高人教总比自己领悟来的准，来的快吧！）我觉得一般来说，是这样的，但是这要具体看看训练数据的获取。本人在最近课题的研究中，手动标注了大量的训练样本（当然这些样本基本准确了），而且把样本画在特征空间中发现线性可分性非常好，只是在分类面附近总有一些混淆的数据样本，从而用线性分类器进行分类之后这样样本会被误判。然而，如果用混合高斯模型(GMM)来分的话，这些易混淆的点被正确分类的更多了。对这个现象的一个解释，就是不管是训练样本，还是待聚类的数据，并不是所有数据都是相互独立同分布的。换句话说，数据与数据的分布之间存在联系。在我阅读监督学习的大量材料中，大家都没有对训练数据的这一假设（独立同分布）进行说明，直到我阅读到一本书的提示后才恍然大悟。对于不同的场景，正负样本的分布如果会存在偏移（可能是大的偏移，也可能偏移比较小），这样的话用监督学习的效果可能就不如用非监督学习了。