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Pythonを使用した機械学習への初心者の旅

Patricia Arquette
リリース: 2025-01-28 16:11:08
オリジナル
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Python Machine Learning Journeyを開く

はじめに:機械学習とは何ですか?なぜそれがそんなに重要なのですか? A Beginner’s Journey into Machine Learning with Python

機械学習(ML)は、今日最も革新的な技術の1つです。 Netflixのパーソナライズされた推奨事項から、自動運転車や仮想アシスタントまで、すべてを駆り立てます。しかし、それは何ですか?基本的に、機械学習は人工知能の分野です。コンピューターは、データからモードを特定し、明確なプログラミングなしで決定を下すことができます。明確に定義する必要がある従来のプログラミングとは異なり、機械学習モデルは入力データに従って調整および開発されます。つまり、時間の経過とともに改善し続けることができます。あらゆる存在の歩みから機械学習テクノロジーを継続的に使用することで、その基本的な知識をこれまで以上に理解することがより重要です。現実の世界で問題を解決したい、競争力のある利点を獲得するか、新しい専門道路を探索したいかにかかわらず、機械学習は無制限の機会を提供します。

機械学習の基本的な知識を理解してください

機械学習の定義:Core Concept

機械学習は、モデルの構築を自動化できるデータ分析方法です。このような概念に基づいています。システムは、データから学習し、モードを特定し、少なくとも手動介入の場合に決定を下すことができます。コアの概念は、予測または決定のために大量のデータを処理するためのトレーニングアルゴリズムで扱われます。トレーニングを受けたら、これらのアルゴリズムを使用して、結果を予測し、データを分類し、アクションを推奨することさえできます。機械学習の力は、より多くの可用性で予測を改善できることです。

機械学習の種類:監督学習、教師のない学習、学習の強化

機械学習は、ほぼ3つのタイプに分けることができます。

学習を監督する

:この方法では、マークデータトレーニングモデルを使用します。各トレーニングの例は正しい出力とペアになり、モデル学習は出力への入力をマッピングします。例には、電子メールスパム検出などの分類されたタスクや、住宅価格の予測などの回帰タスクが含まれます。

    教師のない学習
  1. :監督学習とは異なり、教師なしの学習には、署名されていないデータトレーニングモデルの使用が含まれます。目標は、データ内の非表示モードまたは構造を識別することです。分類と関連は、一般的な教師の学習技術です。例は、マーケティングの顧客セグメントです。 強い学習
  2. :このタイプの学習は、行動心理学の影響を受けます。学習を強化する際に、代理店は環境と対話し、行動を実行し、報酬や罰の形でフィードバックを受け取ります。目標は、累積報酬を最大化することです。通常、ロボット工学、ゲーム、自動運転車に使用されます。
  3. すべての初心者が理解すべき重要な用語
  4. 機械学習を完全に把握し、いくつかの重要な用語を理解する。これらには次のものが含まれます
    • 数学 ::入力と出力の関係の間の数学的表現。
    • アルゴリズム
    • :問題を解決するためにモデルをトレーニングするために使用されます。 トレーニングデータ
    • :トレーニングモデルのデータ。
    • 機能:予測に使用される入力変数または属性。
    • ラベル:モデルは、出力またはターゲット変数を予測することを目的としています。
    • なぜPythonを選ぶのですか?機械学習の最高のプログラミング言語 シンプルで読みやすさ:Pythonが初心者に適しているのはなぜ
    • Pythonは、最も人気のある機械学習プログラミング言語になりましたが、これで十分です。その文法はシンプルで読みやすく、初心者には非常に適しています。他のプログラミング言語とは異なり、Pythonは、コードの複雑さではなく、新しい学習者が問題の解決により多くの注意を払うことができるようにするために、多くのモデルコードを必要としません。その直感的な機能により、プログラミングエクスペリエンスが限られている人でも簡単にアクセスでき、複雑な文法に悩まされることなく、機械学習の概念を深く研究できるようになります。

    Pythonの豊富な機械学習ライブラリエコシステム

    Pythonの広範なデータベースエコシステムは、機械学習の分野での優位性のもう1つの理由です。 Libransは numpy

    pandas

    matplotlib

    のようなデータ操作と視覚的なタスクを簡素化します。

    scikit-learn tensorflowkeras andh> pytorchなどの高レベルのライブラリは、強力な機械学習システムを構築するための建設ブロック。これらのライブラリは、エンコーディングプロセスを簡素化するだけでなく、建設、トレーニング、展開モデルを容易にするための強力なツールを提供します。 Python Machine Learningコミュニティのサポートとリソース Pythonの機械学習コミュニティは、多くのフォーラム、オンラインコミュニティ、オープンソースリソースを備えた巨大で支援的です。 Stack Overflow、GitHub、さまざまな機械学習固有のフォーラムなどのWebサイトは、経験豊富な開発者が共有する多くの知識をまとめました。初心者は、機械学習のほぼすべての側面で、チュートリアル、コードの例、有用な提案を見つけることができ、課題だけに直面する必要がないようにすることができます。 Python機械学習環境を設定します

    Pythonと必要なツールをインストールします

    機械学習の旅の最初のステップは、適切なPython環境を設定することです。まず、公式WebサイトからPythonの最新バージョンをインストールして、インストールに

    pip

    などのパッケージ管理ツールが含まれていることを確認します。また、依存関係項目を効果的に管理するために、仮想環境を設定する必要があります。このステップは、異なるプロジェクト依存関係間の競合を回避するために不可欠です。

    IDEおよびノー​​トブックプロファイル

    pycharm

    および vs code統合開発環境(IDE)は、Pythonスクリプトのコーディング、デバッグ、および実行のための強力な機能を提供します。あるいは、Jupyterノートブックは、Pythonコードを同時に実行したいときに仕事を記録したい人にとって優れたツールです。 Jupyterのインタラクティブ機能を使用すると、機械学習アルゴリズムをリアルタイムでテストし、結果を視覚化できます。

    必要なPython Machine Learning Library(Numpy、Pandas、Scikit-Learn)をインストールする

    Python環境が解決したら、必要な機械学習ライブラリをインストールします。 numpy およびpandasデータの操作と分析には不可欠です。 scikit-learn基本的な機械学習アルゴリズム(線形回帰、意思決定ツリー、クラスターモデルなど)を達成するための不可欠なツールです。これらのライブラリは、データを効果的にクリーンアップ、処理、分析するために必要なツールを提供します。

    始めましょう:基本的なpython

    あなたのPythonスキルを振り返る:ML初心者の重要な概念

    機械学習を研究する前に、基礎のPythonコンセプトをレビューすることが重要です。 変数、サイクルfunction条件ステートメントなどの基本的なPython構造を理解することが不可欠です。さらに、オブジェクト指向のプログラミング(OOP)の原理を理解することで、モジュラーコードとスケーラブルなコードを作成する際に、より有利になります。

    Pythonデータ構造と機械学習との関係

    機械学習は、効率的なデータ構造に深刻に依存しています。 Pythonでは、リスト

    メトロポリタングループ辞書は通常、ストレージおよび組織データに使用されます。ただし、より複雑なデータ操作の場合、 numpy配列およびPandas DataFrameは、より高速でより効率的な代替ソリューションを提供します。これらの構造は数値操作に最適化されており、機械学習で一般的に使用される大規模なデータセットの処理に非常に適しています。 データの処理:numpyとpandasの重要性

    データ前処理は、機械学習の基本的なステップです。

    numpy

    サポート高速の数値計算をサポートし、

    pandas構造化されたデータの処理とクリーニングに適しています。これらのライブラリの組み合わせにより、機械学習の実践者はデータセットを操作し、欠損データを処理し、操作を実行してズームインできます。 機械学習におけるデータの役割

    データセットを理解する:良いMLデータとは何ですか?

    優れた機械学習モデルは、優れたデータから始まります。高品質のデータセットは、あなたが解決している問題、多様で代表的な問題に関連しています。モデルに正確な予測を行うには、現実世界の入力と出力分布を反映するデータについてトレーニングする必要があります。効果的な機械学習ソリューションを構築するためには、トレーニング前のデータセットを分析して理解することが不可欠です。

    データのクリーンアップと事前処理導入

    データの処理は通常、機械学習の最も時間のない部分と見なされます。重複したアイテム、処理された値の損失、およびコーディング分類変数を削除することにより、元のデータをクリーニングすることが不可欠です。準備処理には、データを機械学習アルゴリズムに変換する形式も含まれています。これには、スケーリング機能または標準化されたデータが含まれる場合があります。

    初心者の探索データ分析(EDA)

    モデルを開始する前に、探索的データ分析(EDA)を実行することが不可欠です。 EDAには、データセットの主な機能が含まれます。これは、通常、ヒストグラム、散乱ドット、ボックスチャートなどの視覚的な方法によって達成されます。このプロセスにより、データの潜在的なモードを理解し、異常な値を特定し、モデルに最も関連する機能を決定できます。

    あなたの最初の機械学習プロジェクト:ステップ - ステップガイド

    正しい問題を選択して、

    を解決します

    正しい問題から、機械学習の成功の始まりが重要です。映画のスコアの予測や画像の分類など、あなたの興味と一致するアイテムに焦点を当てます。初心者向けの質問を選択するのは簡単ですが、貴重な概念を教えるのに十分なほど複雑です。

    トレーニングデータの準備:データセグメンテーション、正規化、およびエンコード

    データセットを取得したら、モデルのパフォーマンスを評価するために、およびのトレーニングセットおよびテストセットに分割します。すべての特性がスケールが類似していることを確認するための標準化されたデータにより、線形回帰などのアルゴリズムの精度を改善できます。コード分​​類データ(🎜编など)は、データを機械学習モデルに向けて準備するもう1つの重要な前処理ステップです。

    最初のモデルを構築する:トレーニングとテスト

    データを準備した後、最初のモデルをトレーニングできます。線形回帰または決定ツリーなどの単純なアルゴリズムから始まると、scikit-learn およびその他のライブラリを使用して簡単に実装できます。トレーニングデータトレーニングモデルを使用し、テストセットを使用してパフォーマンスを評価します。スーパーデジタルとファインを調整して、モデルを調整して、より高い精度を得ます。 監督と学習:ほとんどのMLモデルの基盤を学ぶ監視学習アルゴリズムの紹介

    監督学習は、機械学習で最も一般的に使用される方法です。データトレーニングモデルのマーキングの使用が含まれます。分類されたタスクでは、目標は個別のカテゴリ(たとえば、スパムや非スパム)を予測することです。回帰ミッションでは、目標は継続性(住宅価格など)を予測することです。

    線形回帰

    を使用します

    線形回帰は、最も単純な監督および学習アルゴリズムの1つです。変数と1つ以上の独立変数による関係をシミュレートすることを目的としています。この技術は、販売や推定製品価格の予測など、継続的な結果を予測するために使用されます。

    分類:Decision TreeとK近く(knn)

    決定ツリーと knn(knn)

    は、一般的な分類タスクアルゴリズムです。決定ツリーは、機能値に従ってデータをサブセットに分割し、KNNはその近隣の主要なカテゴリに基づいてデータポイントを分類します。両方のアルゴリズムは比較的簡単に実装でき、多くの機械学習の問題に効果的です。

    監視されていない学習:ラベルなしのデータでモードを探索 監視されていない学習とは何ですか?なぜ便利なのですか?

    監視されていない学習は、UNBARデータの隠されたモードを見つけるために使用されます。このタイプの学習は、識別データのグループ化または構造に非常に役立ち、市場セグメンテーションや異常な検出などのタスクに適用できます。

    詩技術:初心者の平均

    k平均プールは、最も広く使用されていない監視されていない学習アルゴリズムの1つです。類似性に基づいてクラスターに分かれており、顧客のセグメンテーションや画像圧縮に非常に役立ちます。

    DIS次元:PCA(メインコンポーネント分析)を理解してください

    メインコンポーネント分析(PCA)

    このディメンション削減テクノロジーは、機能の数を減らしながら機能の数を減らすことで、複雑なデータセットを簡素化するのに役立ちます。高次元データを処理する場合、PCAはモデルトレーニングと視覚化の効率を改善できるため、特に便利です。 機械学習モデルの評価:それが効果的であることをどのように知っていますか?

    フィッティングと延滞を理解してください

    トレーニング機械学習モデルでは、

    過剰適合と延滞がしばしば見られます。

    over -the -arces 騒音や異常な値を含むモデル学習トレーニングデータの外で、目に見えないデータのパフォーマンスが低下します。

    欠モデルで発生する潜在的なモードは、データ内の潜在的なモードをキャプチャするには簡単すぎます。 モデル評価インジケーターの紹介(精度、精度、リコールレート) 機械学習モデルのパフォーマンスを評価することは、その有効性を理解するために不可欠です。重要なインジケーターには、精度

    精度

    recallが含まれます。精度速度は全体的な正確性を測定し、精度とリコール率は、モデルの正とネガを正しく分類する能力に注意を払っています。 クロス検証:モデル検証の重要性 Cross -verificationこれは、機械学習モデルの新しいデータの一般化を評価するために使用されるテクノロジーです。データを複数のサブセットに分割し、さまざまな組み合わせでトレーニングモデルに分割することにより、相互検証はモデルパフォーマンスのより信頼性の高い推定値を提供します。

    高度な機械学習の概念あなたは理解する必要があります

    ニューラルネットワークとディープラーニングの紹介 人間の脳に触発されたのは、人間の脳に触発されており、大量のデータから学ぶのが得意なアルゴリズムのクラスです。

    ディープラーニングは、画像認識や自然言語処理などの複雑な問題を解決するためのマルチレイヤーニューラルネットワークの使用を指します。

    Pythonに自然言語処理(NLP)はじめに

    自然言語扱い(NLP)

    これは、コンピューターが人間の言語を理解し、解釈し、生成できるようにすることに焦点を当てた機械学習の分野です。 Pythonは、感情分析やテキスト分類などのタスクを実行するために使用される nltk

    spage

    などの強力なライブラリを提供します。

    時間シーケンス分析:概要教授概要 時間シーケンス分析は、将来の予測の将来の傾向を予測するために重要です。通常、株式市場の予測、天気予報、リソース計画に使用されます。 Pythonは、時間シーケンス分析の実行を支援するために、statsmodelsを含むいくつかのツールを提供します。

    実生活での機械学習:Explorest Examples

    医療における機械学習の適用:診断と予測 機械学習は、早期診断、薬物研究開発、およびパーソナライズされた治療ソリューションを支援することにより、完全に変化しています。アルゴリズムは、医療画像を分析し、癌などの疾患を検出し、驚くべき精度で患者の予後を予測できます。

    機械学習の金融業界を変える方法

    金融分野では、機械学習を使用して、詐欺を検出し、取引戦略を最適化し、リスク評価を自動化します。 MLモデルは、大量の財務データを分析して予測を行い、意思決定プロセスの情報を提供できます。

    e -commerce

    の推奨システムを確立します

    E- AmazonやNetflixなどのコマースプラットフォームは、機械学習を使用して製品とコンテンツを推奨します。これらの推奨システムは、顧客の好みと行動を分析し、ユーザーエクスペリエンスを向上させ、販売を促進するためのパーソナライズされた提案を提供します。

    機械学習における一般的な課題とそれらを克服する方法

    欠損データと不均衡なデータセットの処理

    機械学習で最も一般的な課題の1つは、欠落データに対処することです。 interture またはdeleteおよびその他のテクノロジーは、不完全なレコードの記入または廃棄に役立ちます。不均衡なデータセット(特定のカテゴリの不十分な代表者)は、

    モデルの偏差と正方形の差を理解する バランスbandwad

    (モデルによって引き起こされるエラーは単純すぎます)および

    fangの違い

    (モデルのモデルによって引き起こされるエラー)は、効果的な機械学習モデルを構築するための鍵です。 。正しいバランスを取得すると、過剰適合と延滞を防ぐことができます。

    モデル選択の複雑さを克服します 利用可能なアルゴリズムが多数あるため、正しいモデルを選択することが圧倒される場合があります。さまざまなモデルを試し、評価インジケーターを使用してパフォーマンスを評価し、現在の問題に最も適したモデルを選択することが重要です。 Pythonを使用して機械学習リソースを学習します

    初心者の最高のオンラインコースとチュートリアル

    多くのオンラインプラットフォームは、

    coursera

    udemy

    edx

    など、機械学習の初心者向けのフレンドリーなコースを提供しています。これらのプラットフォームは、構造的な学習パス、実践的な演習、および開始を支援する専門家のガイダンスを提供します。 各初心者が読むべき本とe -book auréliengéronは "" scikit-learn、keras、and tensorflowを使用して機械学習に使用します」およびSebastian raschka "Python Machine Learning"

    。これらの本は、機械学習の概念、アルゴリズム、アプリケーションを完全に紹介しています。

    MLコミュニティとフォーラムに参加して学習を続ける

    kaggle スタックオーバーフローおよび

    redditの機械学習

    サブコミュニティやその他のオンラインコミュニティを追加して、経験豊富な開業医と交流し、質問や質問をすることができます。質問はあなたのプロジェクトを共有します。これらのコミュニティに参加することで、学習速度を高速化し、最新のトレンドを理解するのに役立ちます。

    機械学習の将来の傾向と初心者が主要な位置を維持する方法 自動化機械学習の台頭(Automl) 自動化されたデータの事前処理、モデル選択、スーパー調整調整を介して機械学習モデルを構築するプロセスを簡素化するための自動機械学習(AUTOML)。初心者は、自動車ツールを使用して、高い専門知識なしに機械学習をテストできます。 人工知能の時代における機械学習(AI)

    機械学習は、より広範な人工知能の柱です。人工知能技術の継続的な開発により、機械学習モデルはより強く強くなり、より多くのタスクを自動化し、さまざまな業界で複雑な問題を解決します。

    次の主要なイベントの準備:Quantum Computing and ML

    量子計算には、複雑なモデルを有効にすることにより、機械学習を完全に変更する可能性があります。まだ初期段階にありますが、量子機械学習は大規模なモデルトレーニングの効率を大幅に改善できます。

    結論

    Pythonで機械学習の旅を始めることは、エキサイティングで便利な体験です。明確な目標を設定し、定期的な演習を設定し、現実世界の適用を調査することにより、この分野で意味のある貢献をするために必要なスキルを獲得できます。学習を続け、好奇心を維持し、課題を成長の機会として扱います。あなたはちょうど機械学習を習得し始めました - あなたは次に何を見つけるでしょうか?

以上がPythonを使用した機械学習への初心者の旅の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

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