本書是一本系統(tǒng)介紹機器學習所涉及的數學知識和相關Python編程的實例工具書,同時還介紹了非常經典的綜合案例,除了編寫機器學習的代碼,還編寫了深度學習的代碼。本書一共分為兩部分。
第一部分為數學基礎知識部分,包含 8個章節(jié),介紹了微積分、線性代數、概率統(tǒng)計、信息論、模糊數學、隨機過程、凸優(yōu)化和圖論的系統(tǒng)知識體系及幾個數學知識點對應的Python編程實例。通過這些實例,讀者能夠了解Scikit-learn、Scikit-fuzzy、Theano、SymPy、NetworkX和CVXPY中相應的庫函數的應用。
第二部分為案例部分,包含4個章節(jié),介紹了微積分、線性代數和概率統(tǒng)計問題的建模方法、求解流程和編程實現,以及工業(yè)生產領域的Python實戰(zhàn),包含了機器學習算法和深度學習PyTorch框架的應用。
在學習本書內容前,建議讀者先掌握基本的Python編程知識和數學基礎,然后將本書通讀一遍,了解本書的大概內容,最后再跟著實例進行操作。
本書既注重數學理論,又偏重編程實踐,實用性強,適用于對編程有一定基礎,對系統(tǒng)的數學知識非?释霃氖氯斯ぶ悄、大數據等方向研究的讀者。同時也適合作為廣大職業(yè)院校相關專業(yè)的教材或參考用書。
周洋,成都嘉捷信誠解決方案專家,擁有12年toB行業(yè)大數據相關經驗,對工業(yè)大數據、智慧電廠、智慧城市、智慧交通、智慧安防等行業(yè)趨勢發(fā)展有前瞻性判斷力。對機器學習、深度學習、大數據、知識圖譜等技術有深入研究。
張小霞,控制理論與控制工程專業(yè)碩士。曾從事軍工電子硬件和軟件開發(fā)、機器人視覺檢測、工業(yè)檢測數據建模分析等相關工作,擅長機器學習和深度學習算法,對機器視覺中的目標檢測、圖像分割、三維點云檢測及自然語言處理等方面有深入研究,F就職于成都航空職業(yè)技術學院,從事教學科研工作。
第1章 微積分1
1.1 函數和極限2
小試牛刀01:Python編程實現函數極限10
1.2 導數11
1.3 方向導數和梯度19
小試牛刀02:Python編程實現雅可比矩陣、黑塞矩陣21
1.4 積分24
專家點撥28
NO1.從事編程開發(fā)的人員如何學習微積分?28
NO2.學習微積分需要全部掌握嗎?28
NO3.學習微積分需要大量做題嗎?28
本章小結28
第2章 線性代數29
2.1 行列式30
2.2 用向量描述空間35
2.3 內積、正交向量組和范數36
小試牛刀03:Python編程實現求范數39
2.4 矩陣和線性變換41
小試牛刀04:Python編程實現求逆矩陣、行列式的值、秩49
2.5 二次型50
2.6 矩陣分解52
小試牛刀05:Python編程實現矩陣的QR分解58
專家點撥61
NO1.線性代數有多重要?61
NO2.向量內積的幾何解釋是什么?61
NO3.奇異值分解的應用場景有哪些?62
本章小結62
第3章 概率統(tǒng)計63
3.1 隨機事件和概率64
小試牛刀06:Python編程實現貝葉斯公式69
3.2 隨機變量及其分布70
小試牛刀07:Python編程實現正態(tài)分布75
3.3 數字特征及隨機變量間的關系76
小試牛刀08:Python編程實現Pearson相關系數80
3.4 概率統(tǒng)計的其他方面82
小試牛刀09:Python編程實現參數估計92
小試牛刀10:Python編程實現假設檢驗94
專家點撥96
NO1.“互斥事件”和“對立事件”的關系如何?96
NO2.大數定律有什么用?96
本章小結97
第4章 信息論98
4.1 信息熵99
小試牛刀11:Python編程實現交叉熵和KL散度101
4.2 自信息和互信息102
4.3 困惑度103
4.4 信道噪聲模型104
專家點撥105
NO1.信息熵的用途是什么?105
NO2.TF?IDF的信息論依據是什么?106
NO3.如何訓練最大熵模型?107
本章小結107
第5章 模糊數學108
5.1 基礎概念109
5.2 模糊數學的應用110
小試牛刀12:Python編程實現模糊聚類114
專家點撥116
NO1.模糊數學對于我們學習算法重要嗎?116
NO2.模糊控制理論和模糊數學的關系?117
NO3.模糊數學在數字圖像處理方面的應用有哪些?117
本章小結117
第6章 隨機過程118
6.1 基本概念119
6.2 馬爾可夫過程120
小試牛刀13:Python編程實現HMM模型及Viterbi算法122
6.3 泊松過程124
小試牛刀14:Python編程實現泊松過程127
專家點撥130
NO1.馬爾可夫過程思維在建模中的重要性有哪些?130
NO2.泊松過程和更新過程的區(qū)別和聯(lián)系是什么?130
本章小結131
第7章 凸優(yōu)化132
7.1 凸優(yōu)化問題133
7.2 無約束的優(yōu)化問題138
小試牛刀15:Python編程實現簡單的梯度下降法146
7.3 等式約束的優(yōu)化問題147
7.4 不等式約束的優(yōu)化問題150
7.5 帶L1范數正則的優(yōu)化問題159
7.6 工程中常用的優(yōu)化算法165
小試牛刀16:Python編程求解凸優(yōu)化問題170
專家點撥179
NO1.對于工程應用來說如何學習凸優(yōu)化?179
NO2.為什么拉格朗日對偶函數一定是凹函數?179
本章小結180
第8章 圖論181
8.1 圖論基礎182
8.2 有向圖和無向圖184
小試牛刀17:Python編程繪制有向圖和無向圖186
8.3 拓撲排序192
8.4 最短路徑193
小試牛刀18:Python編程解決最短路徑問題196
8.5 最小生成樹205
小試牛刀19:Python編程解決最小生成樹問題208
專家點撥215
NO1.圖論的作用是什么?215
NO2.怎么去學習圖論呢?215
本章小結215
第9章 微積分的應用案例216
9.1 案例01:家禽出售的時機217
9.2 案例02:允許缺貨模型219
本章小結222
第10章 線性代數的應用案例223
10.1 案例03:投入產出問題224
10.2 案例04:金融公司支付基金的流動問題225
本章小結228
第11章 概率統(tǒng)計的應用案例229
11.1 案例05:貝葉斯網絡實現交通事故預測230
11.2 案例06:HMM實現天氣預測235
本章小結237
第12章 綜合應用案例238
12.1 案例07:工業(yè)異常參數的離群點檢測239
12.2 案例08:工廠發(fā)電量預測246
本章小結253
參考文獻254