Úvod do lineární algebry ve strojovém učení

Lineární algebra je součástí matematiky, která zahrnuje lineární rovnice a jejich reprezentace prostřednictvím matic a vektorových prostorů. Pomáhá při popisu funkcí algoritmů a jejich implementaci. Používá se s tabulkovými daty nebo obrázky k lepšímu vyladění algoritmů, aby z toho byl získán nejlepší výsledek. V tomto tématu se budeme učit o lineární algebře ve strojovém učení.

Matice: Je to pole čísel v pravoúhlém tvaru reprezentované řádky a sloupci.

Příklad:

Vektor: Vektor je řádek nebo sloupec matice.

Příklad:

Tensor: Tensory jsou pole čísel nebo funkcí, které při změně souřadnic transmutují s určitými pravidly.

Jak Linear Algebra funguje ve strojovém učení?

Protože Machine Learning je kontaktním místem pro informatiku a statistiku, pomáhá lineární algebra při míchání vědy, technologie, financí a účtů a obchodu. Numpy je knihovna v Pythonu, která pracuje na vícerozměrných polích pro vědecké výpočty v Data Science a ML.

Lineární algebra funguje různými způsoby, jak se odráží v níže uvedených příkladech:

1. Dataset a datové soubory

Data jsou maticí nebo strukturou dat v lineární algebře. Datová sada obsahuje tabulku čísel nebo dat. Řádky představují pozorování, zatímco sloupce představují jeho vlastnosti. Každá řada má stejnou délku. Data jsou tedy vektorizována. Řádky jsou předkonfigurovány a vkládají se do modelu po jednom pro snadnější a autentičtější výpočty.

2. Obrázky a fotografie

Všechny obrázky mají tabulkovou strukturu. Každá buňka v černobílých obrázcích obsahuje výšku, šířku a hodnotu jednoho pixelu. Obdobně mají barevné obrázky v sobě kromě výšky a šířky hodnoty 3 pixelů. Tvoří matici v lineární algebře. Všechny druhy úprav, jako je oříznutí, změna měřítka atd. A manipulační techniky, se provádějí pomocí algebraických operací.

3. regularizace

Regularizace je metoda, která minimalizuje velikost koeficientů při jejich vkládání do dat. L1 a L2 jsou některé běžné způsoby implementace v regularizaci, které jsou měřítkem velikosti koeficientů ve vektoru.

4. Hluboké učení

Tato metoda se většinou používá v neuronových sítích s různými řešeními v reálném životě, jako je strojový překlad, titulky s fotografiemi, rozpoznávání řeči a mnoho dalších oblastí. Pracuje s vektory, maticemi a dokonce tenzory, protože vyžaduje lineární datové struktury přidané a násobené dohromady.

5. Jedno horké kódování

Je to populární kódování pro kategorické proměnné pro snadnější operace v algebře. Tabulka je vytvořena s jedním sloupcem pro každou kategorii a řádek pro každý příklad. Číslice 1 se přidává pro kategorickou hodnotu, po které následuje 0 ve zbytku atd., Jak je uvedeno níže:

6. Lineární regrese

Lineární regrese, jedna ze statistických metod, se používá pro predikci číselných hodnot regresních problémů a pro popis vztahu mezi proměnnými.

Příklad: y = A. b, kde A je datový soubor nebo matice, b je koeficient a y je výstup.

7. Analýza hlavních komponent nebo PCA

Analýza hlavních komponent je použitelná při práci s vysokorozměrnými daty pro vizualizaci a modelové operace. Když najdeme irelevantní data, máme tendenci odstranit nadbytečné sloupce. PCA tak funguje jako řešení. Maticová faktorizace je hlavním cílem PCA.

8. Rozklad s jednou hodnotou nebo SVD

Je to také metoda maticové faktorizace, která se obvykle používá při vizualizaci, redukci šumu atd.

9. Latentní sémantická analýza

V tomto procesu jsou dokumenty reprezentovány jako velké matice. Dokument zpracovaný v těchto maticích lze snadno porovnat, dotazovat a použít. Matice je konstruována tak, že řádky představují slova a sloupce představují dokumenty. SVD se používá ke snížení počtu sloupců při zachování podobnosti.

10. Doporučující systémy

Prediktivní modely se spoléhají na doporučení produktů. S pomocí lineární algebry funkce SVD čistí data pomocí euklidovských distančních nebo tečkových produktů. Například, když kupujeme knihu na Amazonu, doporučení přicházejí na základě naší historie nákupu, přičemž se berou v úvahu i jiné irelevantní položky.

Výhody lineární algebry ve strojovém učení

  • Působí jako pevný základ pro strojové učení se zapojením matematiky i statistiky.
    V lineárních datových strukturách lze použít jak tabulkové, tak obrázky.
  • Je to také distribuční, asociativní a komunikativní.
  • Je to jednoduchý, konstruktivní a všestranný přístup v ML.
  • Lineární algebra je použitelná v mnoha oblastech, jako jsou předpovědi, analýza signálu, rozpoznávání obličeje atd.

Funkce lineární algebry ve strojovém učení

Existují některé funkce lineární algebry, které jsou důležité v operacích ML a Data Science, jak je popsáno níže:

1. Lineární funkce

Algoritmus lineární regrese používá lineární funkci, kde je výstup spojitý a má konstantní sklon. Lineární funkce mají v grafu přímku.

F (x) = mx + b

Kde F (x) je hodnota funkce,

m je sklon přímky,

b je hodnota funkce, když x = 0,

x je hodnota souřadnice x.

Příklad: y = 5x + 25

Nechť x = 0, pak y = 5 * 1 + 25 = 25

Nechť x = 2, potom y = 5 * 2 + 25 = 40

2. Funkce identity

Funkce identity spadá pod nepodřízený algoritmus a je většinou používána v neuronových sítích v ML, kde je výstup vícevrstvé neuronové sítě roven jejímu vstupu, jak je uvedeno níže:

Pro každé x, f (x) mapy na x tj. X mapy na sebe.

Příklad: x + 0 = x

x / 1 = x

1 --–> 1

2 --–> 2

3 --–> 3

3. Složení

ML používá ve svých algoritmech funkce složení a pipelining vyššího řádu pro matematické výpočty a vizualizace. Funkce složení je popsána níže:

(gof) (x) = g (f (x))

Příklad: nechť g (y) = y

f (x) = x + 1

gof (x + 1) = x + 1

4. Inverzní funkce

Inverzní funkce je funkce, která se obrací zpět. Funkce f a g inverzní, pokud jsou definovány mlha a gof a jedná se o funkce identity

Příklad:

5. Invertibilní funkce

Funkce, která má inverzní funkci, je nevratná.

jeden na jednoho

na

Závěr

Lineární algebra je podpole matematiky. Má však širší využití v Machine Learning od notace po implementaci algoritmů v datových sadách a obrazech. S pomocí ML má algebra větší dopad na aplikace v reálném životě, jako je analýza vyhledávačů, rozpoznávání obličeje, předpovědi, počítačová grafika atd.

Doporučené články

Toto je průvodce po lineární algebře ve strojovém učení. Zde diskutujeme o tom, jak lineární algebra fungovala ve strojovém učení s výhodami a několika příklady. Můžete se také podívat na následující článek.

  1. Hyperparametrické strojové učení
  2. Shlukování ve strojovém učení
  3. Data Science Machine Learning
  4. Strojové učení bez dozoru
  5. Rozdíl mezi lineární regresí vs. logickou regresí

Kategorie: