机器学习和AI算法

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一、课程背景

在数字经济时代,机器学习已成为人工智能发展的核心引擎,推动着各行各业的智能化转型。从个性化推荐、智能风控到自动驾驶、医疗诊断,机器学习算法正在重塑传统行业的运行逻辑和商业模式。然而,机器学习技术的快速发展和广泛应用,也给从业者带来了理论理解、算法选择和工程实践的诸多挑战。

本课程面向希望系统掌握机器学习理论与应用的学生和专业人士,从数学基础到前沿算法,从理论推导到实战应用,构建完整的机器学习知识体系。课程将深入解析经典机器学习算法的数学本质,同时关注深度学习等前沿技术的发展趋势,帮助学员建立扎实的算法基础和解决实际问题的能力,为在人工智能时代取得成功奠定坚实基础。

二、课程目标

1.认知层面目标

掌握机器学习的基本概念、发展脉络和主流算法分类

理解机器学习算法的数学原理和统计基础

熟悉不同算法的适用场景和性能特点

2.技能层面目标

能够使用Python及主流机器学习库进行算法实现

具备数据预处理、特征工程和模型调优的能力

掌握模型评估和性能优化的系统方法

能够针对实际问题选择合适的机器学习解决方案

3.应用层面目标

能够将机器学习算法应用于真实业务场景

具备独立完成机器学习项目的能力

理解算法部署和工程化的关键问题

培养数据驱动的决策思维和问题解决能力

三、学员收益

1.知识体系收益

构建完整的机器学习知识图谱,涵盖监督学习、无监督学习、强化学习三大范式

深入理解从传统统计方法到深度学习的算法演进脉络

掌握算法背后的数学原理,而不仅仅是调用API

2.实践能力收益

获得多个真实行业项目的实战经验

熟练使用TensorFlow、PyTorch等主流深度学习框架

掌握模型部署和工程化的关键技术

能够独立完成从数据收集到模型部署的完整机器学习项目

3.职业发展收益

获得AI算法工程师的核心竞争力

具备解决复杂机器学习问题的系统思维

提升在算法选择、性能优化方面的专业判断力

获得在金融科技、智能制造、智慧医疗等多个热门行业的就业优势

4.思维模式收益

培养数据驱动的决策思维

建立算法评估和选择的系统方法论

理解机器学习算法的局限性和伦理边界

形成持续跟踪和学习新技术的学习习惯

课程大纲

第1章:导论:智能的算法基石
1.1 什么是机器学习?从规则编程到数据驱动的范式转变
1.2 机器学习发展简史与核心思想
1.3 机器学习的三大范式:监督学习、无监督学习与强化学习
1.4 典型应用场景与算法价值:从推荐系统到自动驾驶

第2章:机器学习数学基础与模型评估
2.1 核心数学工具:线性代数、概率论与微积分回顾
2.2 模型评估方法论:训练集、验证集与测试集
2.3 性能度量:准确率、精确率、召回率、F1分数与ROC曲线
2.4 偏差-方差权衡与过拟合/欠拟合的识别与应对

第3章:监督学习(一):线性模型与基础算法
3.1 线性回归:模型、损失函数与梯度下降求解
3.2 逻辑回归:从线性回归到分类任务
3.3 广义线性模型与正则化:LASSO与Ridge回归
3.4 支持向量机(SVM):最大间隔分类器与核技巧

第4章:监督学习(二):树模型与集成学习
4.1 决策树:ID3, C4.5与CART算法
4.2 集成学习思想:Bagging, Boosting与Stacking
4.3 随机森林:基于Bagging的强效集成
4.4 梯度提升树(如XGBoost, LightGBM):Boosting的现代实现

第5章:无监督学习:发现数据的内在结构
5.1 聚类分析:K-Means, 层次聚类与DBSCAN
5.2 降维与特征提取:主成分分析与线性判别分析
5.3 异常检测:基于统计、聚类与隔离森林的方法
5.4 关联规则学习:Apriori算法与频繁项集挖掘