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如何自学人工智能?

回答
好的,下面我来分享一下我多年以来摸索和学习人工智能的经验,希望能帮助你踏上这条充满挑战又无比精彩的道路。请记住,这绝不是一条轻松的路,需要耐心、毅力,还有最重要的——持续的好奇心。

为什么要自学人工智能?

在开始之前,我想先问问你,为什么对人工智能感兴趣?是因为它未来的巨大潜力?是因为它能解决现实世界的问题?还是仅仅被它的神秘和强大所吸引?明确你的动机,会是你学习过程中的强大驱动力。

自学人工智能,意味着你需要成为自己的老师,自己的规划师。你需要自己去寻找资源,去理解概念,去实践,去解决遇到的难题。这听起来有点吓人,但实际上,这给了你极大的自由度——你可以按照自己的节奏,深入你最感兴趣的领域,而不是被固定的课程大纲所束缚。

第一步:打好坚实的基础(数学与编程)

很多人一提到人工智能就想到复杂的算法和模型,但实际上,它们建立在坚实的数学和编程基础之上。没有它们,就像没有地基的房子,随时都有坍塌的危险。

1. 数学:人工智能的语言

线性代数: 这是人工智能的基石,尤其是对于处理数据和理解神经网络中的权重、偏置等概念。你需要理解向量、矩阵、张量、矩阵乘法、逆矩阵、行列式等基本操作。
怎么学? 推荐《Gilbert Strang的线性代数导论》这本书或者他MIT公开课。YouTube上也有很多非常好的可视化讲解,例如3Blue1Brown的《Essence of linear algebra》系列,非常直观。
微积分: 用于理解模型如何“学习”和“优化”——也就是梯度下降等算法。你需要掌握导数、偏导数、链式法则、积分等概念。
怎么学? 同样可以参考Gilbert Strang的微积分课程,或者Khan Academy上的微积分课程。重点是理解概念,而不是死记硬背公式。
概率论与统计学: 大部分AI模型都建立在概率模型上,用于处理不确定性、数据分析和模型评估。你需要理解概率分布(如正态分布)、条件概率、贝叶斯定理、最大似然估计、统计推断等。
怎么学? Khan Academy在这方面做得很好。也可以找一些侧重于数据科学和机器学习的统计学入门书籍。

2. 编程:将想法付诸实践

Python: 我强烈推荐Python。它是目前人工智能领域最主流的编程语言,拥有庞大的社区和丰富的库支持。它的语法相对简单,学习曲线平缓,非常适合初学者。
怎么学? 从基础语法开始学起:变量、数据类型、控制流(if/else, for/while循环)、函数、类和对象。有很多优秀的在线教程,比如Codecademy、Coursera上的Python入门课程,或者廖雪峰的Python教程。
核心库: 掌握几个关键的Python库,它们是你在AI领域“造武器”的必备工具:
NumPy: 用于高效的数值计算,特别是处理多维数组和矩阵。它是许多其他科学计算库的基础。
Pandas: 用于数据处理和分析,提供了DataFrame等结构,让数据清洗、转换和探索变得异常方便。
Matplotlib/Seaborn: 用于数据可视化,画图表是你理解数据和模型结果的关键。

第二步:理解核心概念(机器学习入门)

一旦你有了数学和编程的基础,就可以开始接触机器学习的核心概念了。机器学习是人工智能的一个重要分支,它让计算机能够从数据中学习,而无需显式编程。

1. 理解机器学习的类型:

监督学习 (Supervised Learning): 给模型提供带有标签的数据,让它学习输入和输出之间的映射关系。例如,识别猫和狗的图片(标签是“猫”或“狗”)。
常见算法: 线性回归、逻辑回归、支持向量机 (SVM)、决策树、随机森林、K近邻 (KNN)。
无监督学习 (Unsupervised Learning): 提供无标签的数据,让模型自己去发现数据中的结构和模式。例如,将客户分成不同的群体(聚类)。
常见算法: Kmeans聚类、主成分分析 (PCA)。
强化学习 (Reinforcement Learning): 模型通过与环境互动,根据获得的奖励或惩罚来学习最优策略。例如,训练机器人走路或者玩游戏。
常见算法: Qlearning、Deep QNetworks (DQN)。

2. 了解模型的评估:

如何知道你的模型好不好?你需要了解一些评估指标,比如:
准确率 (Accuracy)
精确率 (Precision)
召回率 (Recall)
F1分数 (F1Score)
均方误差 (MSE)

3. 理解过拟合与欠拟合:

过拟合 (Overfitting): 模型在训练数据上表现很好,但在新数据上表现很差,就像学生死记硬背课本却不懂举一反三。
欠拟合 (Underfitting): 模型在训练数据上表现也很差,说明模型过于简单,无法捕捉数据的复杂性。
怎么解决? 需要学习一些正则化技术(如L1/L2正则化)、交叉验证、提前停止等方法。

怎么学?

吴恩达的机器学习课程 (Coursera): 这是机器学习领域的经典入门课程,虽然有些内容是基于Octave/MATLAB,但概念非常清晰,强烈推荐!
《统计学习方法》(李航): 这本书深入浅出地介绍了许多机器学习算法的数学原理,非常适合想要深入理解算法细节的学习者。
Scikitlearn 库: 这是Python中一个非常强大的机器学习库,它封装了大部分常见的机器学习算法,上手非常容易。你可以通过它的官方文档学习如何使用这些算法进行训练和预测。

第三步:深入探索(深度学习)

深度学习是机器学习领域最热门的分支之一,它通过构建多层神经网络来学习更抽象、更复杂的特征。

1. 理解神经网络的基本结构:

神经元 (Neuron): 模拟生物神经元,接收输入信号,进行加权求和,并通过激活函数输出。
激活函数 (Activation Function): 如ReLU、Sigmoid、Tanh等,引入非线性,使得神经网络能够学习更复杂的模式。
前向传播 (Forward Propagation): 数据从输入层流向输出层,经过各层计算的过程。
反向传播 (Backpropagation): 计算损失函数对模型参数的梯度,并据此更新参数以减小损失。这是训练神经网络的核心算法。

2. 掌握深度学习框架:

TensorFlow & Keras: TensorFlow是Google开发的强大的深度学习框架,Keras则是一个高层API,它让构建和训练神经网络变得更加容易。现在Keras已经集成到TensorFlow中了,所以你可以直接学习TensorFlow/Keras。
PyTorch: Facebook开发的另一个非常流行的深度学习框架,以其灵活性和动态图的特点受到很多研究者的喜爱。

怎么学?

吴恩达的深度学习专项课程 (Coursera): 这是一个非常全面且易于理解的深度学习入门系列课程,涵盖了神经网络、卷积神经网络 (CNN)、循环神经网络 (RNN) 等内容。
《深度学习》(花书,Goodfellow, Bengio, Courville): 这是一本被誉为“花书”的深度学习经典教材,内容非常深入和全面,适合有一定基础后阅读。
官方文档和教程: 仔细阅读TensorFlow、Keras和PyTorch的官方文档和示例代码,这是掌握框架最直接的方式。

第四步:聚焦特定领域并动手实践

人工智能是一个非常广阔的领域,不可能面面俱到。当你掌握了基础之后,可以根据自己的兴趣选择一个或几个方向深入:

计算机视觉 (Computer Vision): 让计算机“看懂”图像和视频。涉及CNN、目标检测、图像分割等。
相关库: OpenCV, Pillow
自然语言处理 (Natural Language Processing, NLP): 让计算机理解和处理人类语言。涉及词向量、RNN、LSTM、Transformer等。
相关库: NLTK, SpaCy, Hugging Face Transformers
推荐系统 (Recommender Systems): 为用户推荐感兴趣的物品。
强化学习 (Reinforcement Learning): 训练智能体完成特定任务。

实践是关键!

参加Kaggle比赛: Kaggle是数据科学和机器学习的竞赛平台,有大量真实世界的数据集和问题。从参与一些简单的比赛开始,学习别人的代码(Kernels),可以极大地提升你的技能。
做自己的项目: 找一个你感兴趣的问题,尝试用学到的技术去解决它。例如,你喜欢电影,可以尝试做一个电影推荐系统;你喜欢音乐,可以尝试做一个音乐生成器。
阅读论文: 当你对某个领域有了基本了解后,可以尝试阅读相关的学术论文,了解最新的研究进展。可以从经典论文开始,然后逐渐过渡到最新发表的论文。

第五步:保持学习和交流

人工智能领域发展非常快,新的算法和技术层出不穷。保持学习的热情和好奇心至关重要。

关注顶尖会议和期刊: NeurIPS, ICML, ICLR, CVPR, ACL 等是人工智能领域的顶级会议,阅读它们的论文可以了解最前沿的研究成果。
加入社区: 参与线上论坛(如Stack Overflow, Reddit上的AI相关版块)、社交媒体群组、本地的AI meetup活动。与同行交流可以解决很多问题,也能激发新的想法。
构建作品集: 将你的项目代码、Kaggle比赛的成果整理好,放在GitHub等平台上,这是你展示能力和吸引潜在雇主(或合作伙伴)的重要方式。

一些给自学者的建议:

1. 循序渐进,不要贪多嚼不烂: 先打好基础,再深入细节。不要一开始就想搞懂所有复杂的模型。
2. 理解原理,而非仅仅调用库: 知道为什么这个算法有效,比仅仅会用它更重要。动手实现一些简单的算法,可以加深理解。
3. 保持耐心和毅力: 学习AI是一个漫长的过程,会遇到很多困难和挫折。坚持下去,每一次卡住的地方都是你成长的机会。
4. 勇于提问: 遇到不懂的地方,不要害怕提问。利用好社区资源。
5. 享受过程: 最重要的是,你要享受学习和探索AI的过程。这是一段充满发现和创造的旅程。

自学AI并非易事,但绝对是值得的。当你能够用代码和算法解决一个复杂的问题,或者创造出一些令人惊叹的应用时,那种成就感是无与伦比的。祝你在AI的学习道路上,一路顺风,收获满满!

网友意见

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GitHub上,有个新发布的深度学习教程,叫PracticalAI,今天刚刚被PyTorch官方推荐,已经收获2600多标星

项目基于PyTorch,是从萌新到老司机的一条进阶之路。这条路上每走一步,都有算法示例可以直接运行。

新手可以从基础的基础开始学起,不止线性规划和随机森林,连笔记本怎么用,NumPy等重要的Python库怎么用,都有手把手教程。

到中后期,可以学着搭高级的RNN,厉害的GAN,这里还有许多实际应用示例可以跑。毕竟,这是一个注重实践的项目。

这里的算法示例,可以用Google Colab来跑,免费借用云端TPU/GPU,只要有个Chrome就够了。没梯子的话,就用Jupyter Notebook来跑咯。

内容友好,持续更新

PracticalAI里面的内容,分为四个部分,并将持续更新:

基础 (Basics),深度学习入门 (Deep Learning) ,深度学习高阶 (Advanced) ,以及具体应用 (Topics) 。注:此处非直译。

· 基础部分,除了有Python指南、笔记本用法,以及Numpy、Pandas这些库的用法,还有线性规划、逻辑规划、随机森林、k-means聚类这些机器学习的基本技术。

有了这些,可以走进深度学习的世界了。

· 深度学习入门,包括了PyTorch指南、多层感知器 (MLP) 、数据与模型、面向对象的机器学习、卷积神经网络 (CNN) 、嵌入,以及递归神经网络 (RNN) 。

· 深度学习高阶,会涉及更高级的RNN、自编码器、生成对抗网络 (GAN) ,以及空间变换网络 (Spatial Transformer Networks) 等等。

· 最后是应用。计算机视觉是个重要的方向。除此之外,还会涉及时间序列分析 (Time Series Analysis) ,商品推荐系统,预训练语言模型,多任务学习,强化学习等等示例可以运行。也可以修改示例,写出自己的应用。

细心的小伙伴大概发现了,表格里的有些话题还没有加链接 (如上图) 。项目作者表示,这些部分很快就会更新了。

另外,表上还有没填满的格子,作者也欢迎大家前去添砖加瓦。

食用说明,无微不至

项目作者用了三点来描述这个项目:

一是,可以用PyTorch来实现基础的机器学习算法,以及神经网络。
二是,可以用Google Colab直接在网页上运行一切,无需任何设定 (也可以用Jupyter跑) 。
三是,可以学做面向对象的机器学习,与实际应用联系紧密,不止是入门教程而已。

那么如何上手?笔记本跑起来啊:

(步骤几乎是针对Colab写的。Jupyter用户可忽略。)

第一步,项目里进到notebooks目录。
第二步,用Google Colab去跑这些笔记本,也可以直接在本地跑
第三步,点击一个笔记本,把URL里的这一段:
github.com/
替换成这一段:
colab.research.google.com
或者用Open In Colab这个Chrome扩展来一键解决。
第四步,登录谷歌账号。
第五步,点击工具栏里的COPY TO DRIVE按钮,就可以在新标签页里打开笔记本了。



第六步,给这个新笔记本重命名,把名称里的Copy of去掉就行。
第七步,运行代码,修改代码,放飞自我。所有改动都会自动保存到Google Drive。


开始学吧,不然等到内容更新了,要学的就更多了。

项目传送门:
github.com/GokuMohandas

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