Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)
Материал из MachineLearning.
(→Замечания для студентов) |
|||
(72 промежуточные версии не показаны) | |||
Строка 12: | Строка 12: | ||
* сравнение и взаимосвязи с другими методами. | * сравнение и взаимосвязи с другими методами. | ||
* примеры прикладных задач. | * примеры прикладных задач. | ||
+ | |||
+ | На семинарах разбираются дополнительные примеры, аспекты практического применения, работа с данными, программирование, проведение вычислительных экспериментов. | ||
Данный курс расширяет и углубляет набор тем, рекомендованный международным стандартом '''ACM/IEEE Computing Curricula 2001''' по дисциплине «Машинное обучение и нейронные сети» (machine learning and neural networks) в разделе «Интеллектуальные системы» (intelligent systems). | Данный курс расширяет и углубляет набор тем, рекомендованный международным стандартом '''ACM/IEEE Computing Curricula 2001''' по дисциплине «Машинное обучение и нейронные сети» (machine learning and neural networks) в разделе «Интеллектуальные системы» (intelligent systems). | ||
Строка 31: | Строка 33: | ||
=== Замечания для студентов === | === Замечания для студентов === | ||
- | * | + | * Весной 2022 года курс читается в дистанционном режиме. |
- | ** [https://us06web.zoom.us/ | + | ** [https://m1p.org/go_zoom Ссылка на Zoom для 3-го курса МФТИ] {{Важно|Обновлено: 2022-03-10}} |
+ | ** [https://us06web.zoom.us/j/81766985440?pwd=UWdrbk5OYVhFdm1Jczlsc0lpZTBkQT09 Ссылка на Zoom для 4-го курса МФТИ] {{Важно|Обновлено: 2022-02-04}} | ||
* [https://github.com/andriygav/MachineLearningSeminars/blob/master/README.rst Ссылка на семинары для студентов МФТИ] | * [https://github.com/andriygav/MachineLearningSeminars/blob/master/README.rst Ссылка на семинары для студентов МФТИ] | ||
* [https://ya-r.ru/2020/05/07/vorontsov-kurs-mashinnoe-obuchenie-2019-shkola-analiza-dannyh/ Видеолекции ШАД Яндекс]. {{Важно|Обновлено: 2019 год}} | * [https://ya-r.ru/2020/05/07/vorontsov-kurs-mashinnoe-obuchenie-2019-shkola-analiza-dannyh/ Видеолекции ШАД Яндекс]. {{Важно|Обновлено: 2019 год}} | ||
Строка 39: | Строка 42: | ||
* О найденных ошибках и опечатках [[Служебная:EmailUser/Vokov|сообщайте мне]]. — ''[[Участник:Vokov|К.В.Воронцов]] 18:24, 19 января 2009 (MSK)'' | * О найденных ошибках и опечатках [[Служебная:EmailUser/Vokov|сообщайте мне]]. — ''[[Участник:Vokov|К.В.Воронцов]] 18:24, 19 января 2009 (MSK)'' | ||
* Материал, который есть в pdf-тексте, но не рассказывался на лекциях, обычно не входит в программу экзамена. | * Материал, который есть в pdf-тексте, но не рассказывался на лекциях, обычно не входит в программу экзамена. | ||
- | * Короткая ссылка на эту страницу: [https://bit.ly/ | + | * Короткая ссылка на эту страницу: [https://bit.ly/ML-Vorontsov bit.ly/ML-Vorontsov]. |
= Семестр 1. Математические основы машинного обучения = | = Семестр 1. Математические основы машинного обучения = | ||
Строка 46: | Строка 49: | ||
== Основные понятия и примеры прикладных задач == | == Основные понятия и примеры прикладных задач == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Intro-slides.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Intro-slides.pdf|(PDF, 1,7 МБ)]] {{важно|— обновление 13.09.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/uLduOFhyCUw?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy&t=1437 Лекция] [https://youtu.be/bJVI5AIback Семинар] |
* Постановка задач обучения по прецедентам. Объекты и признаки. Типы шкал: бинарные, номинальные, порядковые, количественные. | * Постановка задач обучения по прецедентам. Объекты и признаки. Типы шкал: бинарные, номинальные, порядковые, количественные. | ||
* Типы задач: [[классификация]], [[регрессия]], [[прогнозирование]], [[ранжирование]]. | * Типы задач: [[классификация]], [[регрессия]], [[прогнозирование]], [[ранжирование]]. | ||
Строка 53: | Строка 56: | ||
* Линейные модели регрессии и классификации. Метод наименьших квадратов. Полиномиальная регрессия. | * Линейные модели регрессии и классификации. Метод наименьших квадратов. Полиномиальная регрессия. | ||
* Примеры прикладных задач. | * Примеры прикладных задач. | ||
+ | * Задачи со сложно структурированными данными. Преобразование и генерация признаков. | ||
* Методика экспериментального исследования и сравнения алгоритмов на модельных и реальных данных. | * Методика экспериментального исследования и сравнения алгоритмов на модельных и реальных данных. | ||
* Конкурсы по анализу данных [http://kaggle.com kaggle.com]. [[Полигон алгоритмов классификации]]. | * Конкурсы по анализу данных [http://kaggle.com kaggle.com]. [[Полигон алгоритмов классификации]]. | ||
Строка 58: | Строка 62: | ||
== Линейный классификатор и стохастический градиент == | == Линейный классификатор и стохастический градиент == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Lin-SG.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Lin-SG.pdf|(PDF, 1,2 МБ)]] {{важно|— обновление 13.09.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/YaJ-QfSHl3o?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy&t=37 Лекция] [https://youtu.be/-4pPz5kX4XQ Семинар] |
* [[Линейный классификатор]], модель МакКаллока-Питтса, непрерывные аппроксимации пороговой функции потерь. | * [[Линейный классификатор]], модель МакКаллока-Питтса, непрерывные аппроксимации пороговой функции потерь. | ||
+ | * Бинарная классификация и многоклассовая классификация. | ||
* [[Метод стохастического градиента]] SG. | * [[Метод стохастического градиента]] SG. | ||
- | |||
<!-- | <!-- | ||
+ | * [[Метод стохастического среднего градиента]] SAG. | ||
* Частные случаи: [[адаптивный линейный элемент]] ADALINE, [[перcептрон Розенблатта]], [[правило Хэбба]]. | * Частные случаи: [[адаптивный линейный элемент]] ADALINE, [[перcептрон Розенблатта]], [[правило Хэбба]]. | ||
* [[Теорема Новикова]] о сходимости. Доказательство теоремы Новикова | * [[Теорема Новикова]] о сходимости. Доказательство теоремы Новикова | ||
--> | --> | ||
- | * Эвристики: инициализация весов, порядок предъявления объектов, выбор величины градиентного шага, «выбивание» из локальных минимумов. | + | * Эвристики: инерция и ускоренный градиент, инициализация весов, порядок предъявления объектов, выбор величины градиентного шага, «выбивание» из локальных минимумов. |
* Проблема мультиколлинеарности и переобучения, регуляризация или [[редукция весов]] (weight decay). | * Проблема мультиколлинеарности и переобучения, регуляризация или [[редукция весов]] (weight decay). | ||
* Вероятностная постановка задачи классификации. Принцип максимума правдоподобия. | * Вероятностная постановка задачи классификации. Принцип максимума правдоподобия. | ||
* Вероятностная интерпретация регуляризации, совместное правдоподобие данных и модели. Принцип максимума апостериорной вероятности. | * Вероятностная интерпретация регуляризации, совместное правдоподобие данных и модели. Принцип максимума апостериорной вероятности. | ||
* Гауссовский и лапласовский регуляризаторы. | * Гауссовский и лапласовский регуляризаторы. | ||
- | * [[Логистическая регрессия]]. Принцип максимума правдоподобия и логарифмическая функция потерь. [[Метод стохастического градиента]] для логарифмической функции потерь. Многоклассовая логистическая регрессия. Регуляризованная логистическая регрессия | + | * [[Логистическая регрессия]]. Принцип максимума правдоподобия и логарифмическая функция потерь. [[Метод стохастического градиента]] для логарифмической функции потерь. Многоклассовая логистическая регрессия. Регуляризованная логистическая регрессия. |
<!-- | <!-- | ||
+ | * [[Калибровка Платта]]. | ||
* Функции потерь, зависящие от цены ошибок. [[Кривая ошибок]] (ROC curve). Алгоритм эффективного построения ROC-кривой. | * Функции потерь, зависящие от цены ошибок. [[Кривая ошибок]] (ROC curve). Алгоритм эффективного построения ROC-кривой. | ||
* Градиентный метод максимизации AUC. | * Градиентный метод максимизации AUC. | ||
Строка 79: | Строка 85: | ||
== Нейронные сети: градиентные методы оптимизации == | == Нейронные сети: градиентные методы оптимизации == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-ANN-slides.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-ANN-slides.pdf|(PDF, 1,5 МБ)]] {{важно|— обновление 20.09.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/g5B-OiSb9EQ?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/6AyE5bzFWQs Семинар] |
* Биологический нейрон, [[модель МакКаллока-Питтса]] как [[линейный классификатор]]. Функции активации. | * Биологический нейрон, [[модель МакКаллока-Питтса]] как [[линейный классификатор]]. Функции активации. | ||
* Проблема полноты. [[Задача исключающего или]]. Полнота двухслойных сетей в пространстве булевых функций. | * Проблема полноты. [[Задача исключающего или]]. Полнота двухслойных сетей в пространстве булевых функций. | ||
Строка 93: | Строка 99: | ||
== Метрические методы классификации и регрессии == | == Метрические методы классификации и регрессии == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Metric-slides.pdf|(PDF, 3, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Metric-slides.pdf|(PDF, 3,9 МБ)]] {{важно|— обновление 03.10.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/-HBRFLcEk0U?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/BlPOOpFhhQE Семинар] |
* Гипотезы компактности и непрерывности. | * Гипотезы компактности и непрерывности. | ||
* Обобщённый [[метрический классификатор]]. | * Обобщённый [[метрический классификатор]]. | ||
Строка 114: | Строка 120: | ||
== Метод опорных векторов == | == Метод опорных векторов == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Lin-SVM.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Lin-SVM.pdf|(PDF, 1,3 МБ)]] {{важно|— обновление 3.10.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/AjIM8f8XgM8?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy&t=34 Лекция] [https://youtu.be/Y--tUWQ5JaY Семинар] |
* Оптимальная разделяющая гиперплоскость. Понятие [[зазор]]а между классами (margin). | * Оптимальная разделяющая гиперплоскость. Понятие [[зазор]]а между классами (margin). | ||
* Случаи линейной разделимости и отсутствия линейной разделимости. Связь с минимизацией регуляризованного эмпирического риска. Кусочно-линейная функция потерь. | * Случаи линейной разделимости и отсутствия линейной разделимости. Связь с минимизацией регуляризованного эмпирического риска. Кусочно-линейная функция потерь. | ||
Строка 130: | Строка 136: | ||
---> | ---> | ||
- | == | + | == Линейные модели регрессии == |
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-regression-slides.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-regression-slides.pdf|(PDF, 1,1 MБ)]] {{важно|— обновление 11.10.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/23F9RRazGzQ?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy&t=10 Лекция] [https://youtu.be/t5imStVGC7Y Семинар] |
* Задача регрессии, [[многомерная линейная регрессия]]. | * Задача регрессии, [[многомерная линейная регрессия]]. | ||
* [[Метод наименьших квадратов]], его вероятностный смысл и геометрический смысл. | * [[Метод наименьших квадратов]], его вероятностный смысл и геометрический смысл. | ||
Строка 150: | Строка 156: | ||
== Нелинейная регрессия == | == Нелинейная регрессия == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-regress-non-slides.pdf|(PDF, 0, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-regress-non-slides.pdf|(PDF, 0,8 MБ)]] {{важно|— обновление 24.10.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/B1GSBTmZh9s?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/WhQT3J1PJfI Семинар] |
* [[Метод Ньютона-Рафсона]], [[метод Ньютона-Гаусса]]. | * [[Метод Ньютона-Рафсона]], [[метод Ньютона-Гаусса]]. | ||
* Обобщённая аддитивная модель (GAM): [[метод настройки с возвращениями]] (backfitting) Хасти-Тибширани. | * Обобщённая аддитивная модель (GAM): [[метод настройки с возвращениями]] (backfitting) Хасти-Тибширани. | ||
Строка 158: | Строка 164: | ||
* Неквадратичные функции потерь. Метод наименьших модулей. Квантильная регрессия. Пример прикладной задачи: прогнозирование потребительского спроса. | * Неквадратичные функции потерь. Метод наименьших модулей. Квантильная регрессия. Пример прикладной задачи: прогнозирование потребительского спроса. | ||
* Робастная регрессия, функции потерь с горизонтальными асимптотами. | * Робастная регрессия, функции потерь с горизонтальными асимптотами. | ||
- | |||
- | |||
- | |||
- | == | + | == Качество классификации и отбор признаков == |
Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Modeling.pdf|(PDF, 330 КБ)]].<br/> | Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Modeling.pdf|(PDF, 330 КБ)]].<br/> | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Quality-slides.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Quality-slides.pdf|(PDF, 1,6 МБ)]] {{важно|— обновление 24.10.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/AMcg9YBseSI?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/fdb_cmG6hl8 Семинар] |
* Критерии качества классификации: чувствительность и специфичность, ROC-кривая и AUC, точность и полнота, AUC-PR. | * Критерии качества классификации: чувствительность и специфичность, ROC-кривая и AUC, точность и полнота, AUC-PR. | ||
* Внутренние и [[внешние критерии]]. Эмпирические и аналитические критерии. | * Внутренние и [[внешние критерии]]. Эмпирические и аналитические критерии. | ||
Строка 188: | Строка 191: | ||
== Логические методы классификации == | == Логические методы классификации == | ||
Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Logic.pdf|(PDF, 625 КБ)]].<br/> | Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Logic.pdf|(PDF, 625 КБ)]].<br/> | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Logic-slides.pdf|(PDF, 1. | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Logic-slides.pdf|(PDF, 1.3 МБ)]] {{важно| — обновление 04.05.2024}}. |
- | Видеозапись: [https:// | + | Видеозапись: [https://www.youtube.com/watch?v=M1z7d1ksbA8&list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] <!--[https://youtu.be/OP2rsn478Fk 2020]--> |
[https://youtu.be/Ap55F1IoTfk Семинар] | [https://youtu.be/Ap55F1IoTfk Семинар] | ||
* Понятие [[логическая закономерность|логической закономерности]]. | * Понятие [[логическая закономерность|логической закономерности]]. | ||
Строка 204: | Строка 207: | ||
* Решающий пень. [[Бинаризация признаков]]. Алгоритм разбиения области значений признака на информативные зоны. | * Решающий пень. [[Бинаризация признаков]]. Алгоритм разбиения области значений признака на информативные зоны. | ||
* [[Решающий список]]. Жадный алгоритм синтеза списка. Преобразование решающего дерева в решающий список. | * [[Решающий список]]. Жадный алгоритм синтеза списка. Преобразование решающего дерева в решающий список. | ||
- | + | <!--- | |
'''Факультатив''' | '''Факультатив''' | ||
* Асимптотическая эквивалентность статистического и энтропийного критерия информативности. | * Асимптотическая эквивалентность статистического и энтропийного критерия информативности. | ||
- | + | ---> | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
== Линейные ансамбли == | == Линейные ансамбли == | ||
Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Compositions.pdf|(PDF, 1 MБ)]].<br/> | Текст лекций: [[Media:Voron-ML-Compositions.pdf|(PDF, 1 MБ)]].<br/> | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Compositions1-slides.pdf|(PDF, 1. | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Compositions1-slides.pdf|(PDF, 1.5 МБ)]] {{важно|— обновление 04.05.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/96xMfQ7ZnGc?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/ZS82juA9098 Семинар] |
* Основные понятия: [[базовый алгоритм]], [[корректирующая операция]]. | * Основные понятия: [[базовый алгоритм]], [[корректирующая операция]]. | ||
* [[Простое голосование]] (комитет большинства). | * [[Простое голосование]] (комитет большинства). | ||
Строка 233: | Строка 228: | ||
== Продвинутые методы ансамблирования == | == Продвинутые методы ансамблирования == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Compositions-slides2.pdf|(PDF, 1. | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Compositions-slides2.pdf|(PDF, 1.5 МБ)]] {{важно|— обновление 04.05.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/IG7XySody7w?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/JaxB8PdbeUw Семинар] |
* Виды ансамблей. Теоретические обоснования. Анализ смещения и разброса для простого голосования. | * Виды ансамблей. Теоретические обоснования. Анализ смещения и разброса для простого голосования. | ||
* [[Градиентный бустинг]]. Стохастический градиентный бустинг. | * [[Градиентный бустинг]]. Стохастический градиентный бустинг. | ||
Строка 245: | Строка 240: | ||
* Построение смеси алгоритмов с помощью EM-подобного алгоритма. | * Построение смеси алгоритмов с помощью EM-подобного алгоритма. | ||
<!--- | <!--- | ||
- | |||
* ''Нелинейная монотонная корректирующая операция. Случай классификации. Случай регрессии. Задача монотонизации выборки, изотонная регрессия.'' | * ''Нелинейная монотонная корректирующая операция. Случай классификации. Случай регрессии. Задача монотонизации выборки, изотонная регрессия.'' | ||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
=== Бустинг алгоритмов ранжирования === | === Бустинг алгоритмов ранжирования === | ||
* Задача ранжирования. Примеры: ранжирование результатов текстового поиска, задача [[Netflix]]. | * Задача ранжирования. Примеры: ранжирование результатов текстового поиска, задача [[Netflix]]. | ||
Строка 259: | Строка 247: | ||
* Двудольная задача. Сведение попарного функционала качества к поточечному. | * Двудольная задача. Сведение попарного функционала качества к поточечному. | ||
=== Взвешенное голосование логических закономерностей === | === Взвешенное голосование логических закономерностей === | ||
- | |||
* [[Решающий лес]] и бустинг над решающими деревьями. ''[[Алгоритм TreeNet]].'' | * [[Решающий лес]] и бустинг над решающими деревьями. ''[[Алгоритм TreeNet]].'' | ||
* ''Методы синтеза конъюнктивных закономерностей. Псевдокод: [[алгоритм КОРА]], [[алгоритм ТЭМП]].'' | * ''Методы синтеза конъюнктивных закономерностей. Псевдокод: [[алгоритм КОРА]], [[алгоритм ТЭМП]].'' | ||
- | |||
* ''[[Чередующиеся решающие деревья]] (alternating decision tree).'' | * ''[[Чередующиеся решающие деревья]] (alternating decision tree).'' | ||
- | |||
=== Алгоритмы вычисления оценок === | === Алгоритмы вычисления оценок === | ||
* [[Принцип частичной прецедентности]]. Структура [[Алгоритмы вычисления оценок|Алгоритмов вычисления оценок]]. | * [[Принцип частичной прецедентности]]. Структура [[Алгоритмы вычисления оценок|Алгоритмов вычисления оценок]]. | ||
Строка 274: | Строка 259: | ||
== Оценивание плотности и байесовская классификация == | == Оценивание плотности и байесовская классификация == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron- | + | Презентация: [[Media:Voron-Density-Bayes-slides.pdf|(PDF, 1,8 МБ)]] {{важно|— обновление 04.05.2024}}. |
+ | Видеозапись: [https://youtu.be/dujnHz0vHY8?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар] | ||
<!---Видеозапись: [https://youtu.be/hv3a_XOKUXk Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар]---> | <!---Видеозапись: [https://youtu.be/hv3a_XOKUXk Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар]---> | ||
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ly7v6W9-lB8 Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар] | + | <!---Видеозапись: [https://youtu.be/ly7v6W9-lB8 Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар]---> |
- | * Параметрическое оценивание плотности. [[Многомерное нормальное распределение]], геометрическая интерпретация. Выборочные оценки параметров многомерного нормального распределения. Проблемы [[мультиколлинеарность|мультиколлинеарности]] и [[переобучение|переобучения]]. [[Регуляризация]] ковариационной матрицы. | + | * Параметрическое оценивание плотности. [[Многомерное нормальное распределение]], геометрическая интерпретация. |
+ | * Выборочные оценки параметров многомерного нормального распределения. Проблемы [[мультиколлинеарность|мультиколлинеарности]] и [[переобучение|переобучения]]. [[Регуляризация]] ковариационной матрицы. | ||
* Непараметрическое оценивание плотности. [[Ядерная оценка плотности Парзена-Розенблатта]]. Одномерный и многомерный случаи. | * Непараметрическое оценивание плотности. [[Ядерная оценка плотности Парзена-Розенблатта]]. Одномерный и многомерный случаи. | ||
- | * [[Смесь распределений]]. [[EM-алгоритм]] как метод простых итераций. Выбор числа компонентов смеси. Пошаговая стратегия. | + | * [[Смесь распределений]]. [[EM-алгоритм]] как метод простых итераций. |
+ | <!--- | ||
+ | * ''Матричное дифференцирование. Вывод оценок параметров многомерного нормального распределения.'' | ||
+ | * Детали реализации EM-алгоритма. Критерий останова. Выбор начального приближения. | ||
+ | * Обобщённый EM-алгоритм. Стохастический EM-алгоритм. | ||
+ | * Выбор числа компонентов смеси. Пошаговая стратегия. Иерархический EM-алгоритм. | ||
+ | == Байесовская теория классификации == | ||
+ | Презентация: [[Media:Voron-ML-BTC-slides.pdf|(PDF, 1,1 МБ)]] {{важно|— обновление 27.11.2021}}. | ||
+ | Видеозапись: [https://youtu.be/ly7v6W9-lB8 Лекция] [https://youtu.be/M8A0Wu5iPwQ Семинар] | ||
+ | ---> | ||
* Байесовская теория классификации. Оптимальный байесовский классификатор. | * Байесовская теория классификации. Оптимальный байесовский классификатор. | ||
+ | * Генеративные и дискриминативные модели классификации. | ||
* Наивный байесовский классификатор. Линейный наивный байесовский классификатор в случае экспоненциального семейства распределений. | * Наивный байесовский классификатор. Линейный наивный байесовский классификатор в случае экспоненциального семейства распределений. | ||
* [[Метод парзеновского окна]]. Выбор функции ядра. Выбор ширины окна, переменная ширина окна. | * [[Метод парзеновского окна]]. Выбор функции ядра. Выбор ширины окна, переменная ширина окна. | ||
Строка 286: | Строка 283: | ||
* Смесь многомерных нормальных распределений. [[Сеть радиальных базисных функций]] (RBF) и применение EM-алгоритма для её настройки. Сравнение RBF-сети и SVM с гауссовским ядром. | * Смесь многомерных нормальных распределений. [[Сеть радиальных базисных функций]] (RBF) и применение EM-алгоритма для её настройки. Сравнение RBF-сети и SVM с гауссовским ядром. | ||
<!--- | <!--- | ||
+ | * Мультиномиальный наивный байесовский классификатор для классификации текстов. | ||
* ''Связь линейного дискриминанта Фишера с [[метод наименьших квадратов|методом наименьших квадратов]].'' | * ''Связь линейного дискриминанта Фишера с [[метод наименьших квадратов|методом наименьших квадратов]].'' | ||
- | |||
* Жадное добавление признаков в линейном дискриминанте, ''[[метод редукции размерности]] Шурыгина.'' | * Жадное добавление признаков в линейном дискриминанте, ''[[метод редукции размерности]] Шурыгина.'' | ||
* ''Робастное оценивание. Цензурирование выборки (отсев объектов-выбросов).'' | * ''Робастное оценивание. Цензурирование выборки (отсев объектов-выбросов).'' | ||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
- | |||
---> | ---> | ||
== Кластеризация и частичное обучение == | == Кластеризация и частичное обучение == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Clustering-SSL-slides.pdf|(PDF, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Clustering-SSL-slides.pdf|(PDF, 2,3 МБ)]] {{важно|— обновление 04.05.2024}}. |
- | Видеозапись: [https://youtu.be/ | + | Видеозапись: [https://youtu.be/Rm4rJiDFi2k?list=PLk4h7dmY2eYH8dtnVUD51XylWpFYDcPKy Лекция] [https://youtu.be/pobOLM1MVfc Семинар] |
<!--[https://youtu.be/VxedxFC5d2I 2020]--> | <!--[https://youtu.be/VxedxFC5d2I 2020]--> | ||
* Постановка задачи [[кластеризация|кластеризации]]. Примеры прикладных задач. Типы кластерных структур. | * Постановка задачи [[кластеризация|кластеризации]]. Примеры прикладных задач. Типы кластерных структур. | ||
* Постановка задачи Semisupervised Learning, примеры приложений. | * Постановка задачи Semisupervised Learning, примеры приложений. | ||
- | * | + | * Критерии качества кластеризации, коэффициент силуэта, BCubed-меры точности и полноты. |
* [[Алгоритм k-средних]] и [[ЕМ-алгоритм]] для разделения гауссовской смеси. | * [[Алгоритм k-средних]] и [[ЕМ-алгоритм]] для разделения гауссовской смеси. | ||
* [[Алгоритм DBSCAN]]. | * [[Алгоритм DBSCAN]]. | ||
Строка 325: | Строка 316: | ||
* [[Алгоритм t-SNE]] | * [[Алгоритм t-SNE]] | ||
--> | --> | ||
+ | |||
+ | == Детекция аномалий и робастные методы == | ||
+ | Презентация: [[Media:Voron-ML-outliers.pdf|(PDF, 1.8 МБ)]] {{важно| — обновление 04.05.2024}}. | ||
+ | * Задачи выявления аномалий. Эвристические методы выявления аномалий. Алгоритм LOWESS. | ||
+ | * Теория робастного обучения. Схема итерационного перевзвешивания объектов IRS. | ||
+ | * Семейство робастных агрегирующих функций. | ||
+ | * Итерационное перевзвешивание для произвольной агрегирующей функции. Алгоритм IR-ERM. | ||
+ | * Робастная регрессия. Робастная классификация. Робастная кластеризация. | ||
+ | * Выявление аномалий с помощью одноклассового SVM. | ||
+ | * Парадигмы обучения PU-Learning, One-Class Classification, Open-Set Recognition, Open-World Recognition. | ||
= Семестр 2. Прикладные модели машинного обучения = | = Семестр 2. Прикладные модели машинного обучения = | ||
- | == | + | == Глубокие нейронные сети == |
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-DeepLearning-slides.pdf|(PDF, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-DeepLearning-slides.pdf|(PDF, 4,1 МБ)]] {{важно|— обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/x3TKdZi7Mo4 Лекция] [https://youtu.be/_zhKsIze8QU Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/x3TKdZi7Mo4 Лекция] [https://youtu.be/_zhKsIze8QU Семинар] | ||
Строка 341: | Строка 342: | ||
== Нейронные сети с обучением без учителя == | == Нейронные сети с обучением без учителя == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-ANN-Unsupervised-slides.pdf|(PDF, 2, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-ANN-Unsupervised-slides.pdf|(PDF, 2,3 МБ)]] {{важно|— обновление 09.02.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/wfbe2yaXAkI Лекция] [https://youtu.be/wCX-8AiYYzk Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/wfbe2yaXAkI Лекция] [https://youtu.be/wCX-8AiYYzk Семинар] | ||
Строка 356: | Строка 357: | ||
== Векторные представления текстов и графов == | == Векторные представления текстов и графов == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Embeddings-slides.pdf|(PDF, 1, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Embeddings-slides.pdf|(PDF, 1,6 МБ)]] {{важно|— обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/QJK8PRfKD2g Лекция] [https://youtu.be/NtS9Dp4XhGE Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/QJK8PRfKD2g Лекция] [https://youtu.be/NtS9Dp4XhGE Семинар] | ||
Строка 371: | Строка 372: | ||
== Модели внимания и трансформеры == | == Модели внимания и трансформеры == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Attention-slides.pdf|(PDF, 1,1 МБ)]] {{важно|— обновление | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Attention-slides.pdf|(PDF, 1,1 МБ)]] {{важно|— обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/KhMweP00S44 Лекция] [https://youtu.be/GfUadGOcwtc Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/KhMweP00S44 Лекция] [https://youtu.be/GfUadGOcwtc Семинар] | ||
Строка 391: | Строка 392: | ||
Семинар 15.11.2020: [[Media:Voron-ML-TopicModeling-seminar-slides.pdf|(PDF, 3.8 МБ)]] | Семинар 15.11.2020: [[Media:Voron-ML-TopicModeling-seminar-slides.pdf|(PDF, 3.8 МБ)]] | ||
---> | ---> | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-TopicModeling-slides.pdf|(PDF, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-TopicModeling-slides.pdf|(PDF, 3.9 МБ)]] {{важно| — обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/Eqm8-YqUzAc Лекция] [https://youtu.be/xxwMuxM4AEg Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/Eqm8-YqUzAc Лекция] [https://youtu.be/xxwMuxM4AEg Семинар] | ||
Строка 406: | Строка 407: | ||
== Обучение ранжированию == | == Обучение ранжированию == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-Ranking-slides.pdf|(PDF, 0, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-Ranking-slides.pdf|(PDF, 0,9 МБ)]] {{важно|— обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/kQ5PeshAO1w Лекция] [https://youtu.be/cN5WoTRJYtY Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/kQ5PeshAO1w Лекция] [https://youtu.be/cN5WoTRJYtY Семинар] | ||
Строка 418: | Строка 419: | ||
== Рекомендательные системы == | == Рекомендательные системы == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-CF.pdf|(PDF, 0. | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-CF.pdf|(PDF, 0.9 МБ)]] {{важно| — обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/FW5UdtMwlpw Лекция] [https://youtu.be/Rge1_Bnr8JI Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/FW5UdtMwlpw Лекция] [https://youtu.be/Rge1_Bnr8JI Семинар] | ||
Строка 433: | Строка 434: | ||
* Измерение качества рекомендаций. Меры разнообразия (diversity), новизны (novelty), покрытия (coverage), догадливости (serendipity). | * Измерение качества рекомендаций. Меры разнообразия (diversity), новизны (novelty), покрытия (coverage), догадливости (serendipity). | ||
+ | == Поиск ассоциативных правил == | ||
+ | Презентация: [[Media:Voron-ML-AssocRules-slides.pdf|(PDF, 1.8 МБ)]] {{важно| — обновление 05.05.2024}}. | ||
+ | Видеозапись: [https://youtu.be/jKl2jFQVh94 Лекция] [https://youtu.be/WmJKfCl9P7Y Семинар] | ||
+ | * Понятие [[Ассоциативное правило|ассоциативного правила]] и его связь с понятием логической закономерности. | ||
+ | * Примеры прикладных задач: [[анализ рыночных корзин]], выделение терминов и тематики текстов. | ||
+ | * [[Алгоритм APriori]]. Два этапа: поиск частых наборов и рекурсивное порождение ассоциативных правил. Недостатки и пути усовершенствования алгоритма APriori. | ||
+ | * [[Алгоритм FP-growth]]. Понятия FP-дерева и условного FP-дерева. Два этапа поиска частых наборов в FP-growth: построение FP-дерева и рекурсивное порождение частых наборов. | ||
+ | * Общее представление о динамических и иерархических методах поиска ассоциативных правил. | ||
+ | * [[Алгоритм TopMine]] для поиска коллокаций и терминов в текстах. | ||
+ | <!--- | ||
== Адаптивные методы прогнозирования == | == Адаптивные методы прогнозирования == | ||
Презентация: [[Media:Voron-ML-forecasting-slides.pdf|(PDF, 0,9 MБ)]] {{важно|— обновление 14.12.2019}}. | Презентация: [[Media:Voron-ML-forecasting-slides.pdf|(PDF, 0,9 MБ)]] {{важно|— обновление 14.12.2019}}. | ||
Строка 444: | Строка 455: | ||
* Адаптивная селективная модель. Адаптивная композиция моделей. | * Адаптивная селективная модель. Адаптивная композиция моделей. | ||
* Локальная адаптация весов с регуляризацией. | * Локальная адаптация весов с регуляризацией. | ||
+ | ---> | ||
== Инкрементное и онлайновое обучение == | == Инкрементное и онлайновое обучение == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-incremental-slides.pdf|(PDF, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-incremental-slides.pdf|(PDF, 1,1 MБ)]] {{важно|— обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/3KflU279d_w Лекция] [ Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/3KflU279d_w Лекция] [ Семинар] | ||
Строка 453: | Строка 465: | ||
* Онлайновый наивный байесовский классификатор. | * Онлайновый наивный байесовский классификатор. | ||
* Онлайновый градиентный спуск OGD. Алгоритм Perceptron. Алгоритм Passive-Aggressive. | * Онлайновый градиентный спуск OGD. Алгоритм Perceptron. Алгоритм Passive-Aggressive. | ||
- | |||
* Инкрементные решающие деревья ID5R. | * Инкрементные решающие деревья ID5R. | ||
+ | * Рекуррентный метод наименьших квадратов RLS. Формула Шермана-Моррисона. | ||
+ | * Задача прогнозирования временных рядов. Эконометрические временные ряды с трендом и сезонностью. | ||
+ | * [[Экспоненциальное сглаживание|Экспоненциальное скользящее среднее]]. [[Модель Хольта]]. [[Модель Тейла-Вейджа]]. [[Модель Хольта-Уинтерса]]. | ||
+ | * Адаптивная селективная модель. Адаптивная композиция моделей. | ||
* Онлайновое обучение ансамбля. Алгоритм Hedge, его свойства и интерпретация в задаче портфельного инвестирования. | * Онлайновое обучение ансамбля. Алгоритм Hedge, его свойства и интерпретация в задаче портфельного инвестирования. | ||
* Онлайновое глубокое обучение. Алгоритм Hedge BackProp. | * Онлайновое глубокое обучение. Алгоритм Hedge BackProp. | ||
- | * Онлайновое обучение новым классам. Проблема катастрофического забывания. Алгоритм iCaRL. | + | <!---* Онлайновое обучение новым классам. Проблема катастрофического забывания. Алгоритм iCaRL.---> |
== Обучение с подкреплением == | == Обучение с подкреплением == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-RL-slides.pdf|(PDF, 1.9 МБ)]] {{важно| — обновление | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-RL-slides.pdf|(PDF, 1.9 МБ)]] {{важно| — обновление 05.05.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/B4Fk2KNHzFY Лекция] [https://youtu.be/3Xex0Z5D6O8 Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/B4Fk2KNHzFY Лекция] [https://youtu.be/3Xex0Z5D6O8 Семинар] | ||
Строка 470: | Строка 485: | ||
* Глубокое Q-обучение нейронной сети DQN на примере обучения играм Atari. | * Глубокое Q-обучение нейронной сети DQN на примере обучения играм Atari. | ||
<!---* Метод временных разностей TD. Многошаговое TD-прогнозирование. Обобщения методов временных разностей, SARSA, Q-обучения. ---> | <!---* Метод временных разностей TD. Многошаговое TD-прогнозирование. Обобщения методов временных разностей, SARSA, Q-обучения. ---> | ||
- | |||
* Градиентная оптимизация стратегии (policy gradient). Связь с максимизацией log-правдоподобия. | * Градиентная оптимизация стратегии (policy gradient). Связь с максимизацией log-правдоподобия. | ||
+ | * Модели актор-критик. Модели с непрерывным управлением. | ||
* Постановка задачи при моделировании среды. Типизация методов на model-free и model-based. | * Постановка задачи при моделировании среды. Типизация методов на model-free и model-based. | ||
* Контекстный многорукий бандит. Линейная регрессионная модель с верхней доверительной оценкой LinUCB. | * Контекстный многорукий бандит. Линейная регрессионная модель с верхней доверительной оценкой LinUCB. | ||
Строка 477: | Строка 492: | ||
== Активное обучение == | == Активное обучение == | ||
- | Презентация: [[Media:Voron-ML-AL-slides.pdf|(PDF, | + | Презентация: [[Media:Voron-ML-AL-slides.pdf|(PDF, 2.3 МБ)]] {{важно| — обновление 26.04.2024}}. |
Видеозапись: [https://youtu.be/kGJ7PPTcUHw Лекция] [https://youtu.be/JlPLaNQXNO8 Семинар] | Видеозапись: [https://youtu.be/kGJ7PPTcUHw Лекция] [https://youtu.be/JlPLaNQXNO8 Семинар] | ||
Строка 492: | Строка 507: | ||
* Использование активного обучения в краудсорсинге. Согласование оценок аннотаторов. Назначение заданий аннотаторам. | * Использование активного обучения в краудсорсинге. Согласование оценок аннотаторов. Назначение заданий аннотаторам. | ||
<!---* Применение обучения с подкреплением для активного обучения. Активное томпсоновское сэмплирование.---> | <!---* Применение обучения с подкреплением для активного обучения. Активное томпсоновское сэмплирование.---> | ||
+ | |||
+ | == Интерпретируемость и объяснимость == | ||
+ | Презентация: [[Media:Voron-ML-xai.pdf|(PDF, 3.8 МБ)]] {{важно| — обновление 04.05.2024}}. | ||
+ | |||
+ | * Интерпретируемость и объяснимость — цели, задачи, основные понятия | ||
+ | * Интерпретируемые модели машинного обучения | ||
+ | * Оценки значимости признаков в линейной регрессии | ||
+ | * Графики частичной зависимости (Partial Dependence Plot, PDP) | ||
+ | * Графики индивидуальных условных зависимостей (ICE) | ||
+ | * Перестановочные оценки значимости признаков | ||
+ | * Вектор Шепли (из теории кооперативных игр), его свойства, способы оценивания, применение в линейной регрессии | ||
+ | * Суррогатное моделирование в окрестности объекта. | ||
+ | * Метод LIME (Local Interpretable Model-agnostic Explanations) | ||
+ | * Метод якорей (Anchors) | ||
+ | * Метод SHAP (SHapley Additive exPlanations) | ||
+ | * Метод Shapley Kernel | ||
+ | * Метод SAGE (Shapley Additive Global importancE) | ||
+ | * Вектор Шепли для объектов, метод Gradient Shapley | ||
+ | * Контрфактическое объяснение, метод поиска контрфактов (Counterfactual explanations) | ||
== Заключительная лекция == | == Заключительная лекция == |
Текущая версия
Теория обучения машин (machine learning, машинное обучение) находится на стыке прикладной статистики, численных методов оптимизации, дискретного анализа, и за последние 60 лет оформилась в самостоятельную математическую дисциплину. Методы машинного обучения составляют основу ещё более молодой дисциплины — интеллектуального анализа данных (data mining).
В курсе рассматриваются основные задачи обучения по прецедентам: классификация, кластеризация, регрессия, понижение размерности. Изучаются методы их решения, как классические, так и новые, созданные за последние 10–15 лет. Упор делается на глубокое понимание математических основ, взаимосвязей, достоинств и ограничений рассматриваемых методов. Теоремы в основном приводятся без доказательств.
Все методы излагаются по единой схеме:
- исходные идеи и эвристики;
- их формализация и математическая теория;
- описание алгоритма в виде слабо формализованного псевдокода;
- анализ достоинств, недостатков и границ применимости;
- пути устранения недостатков;
- сравнение и взаимосвязи с другими методами.
- примеры прикладных задач.
На семинарах разбираются дополнительные примеры, аспекты практического применения, работа с данными, программирование, проведение вычислительных экспериментов.
Данный курс расширяет и углубляет набор тем, рекомендованный международным стандартом ACM/IEEE Computing Curricula 2001 по дисциплине «Машинное обучение и нейронные сети» (machine learning and neural networks) в разделе «Интеллектуальные системы» (intelligent systems).
Курс читается
- студентам 3 курса кафедры «Интеллектуальные системы / интеллектуальный анализ данных» ФУПМ МФТИ с 2004 года;
- студентам 3 курса кафедры «Математические методы прогнозирования» ВМиК МГУ с 2007 года;
- студентам Школы анализа данных Яндекса с 2009 года.
От студентов требуются знания курсов линейной алгебры, математического анализа, теории вероятностей. Знание математической статистики, методов оптимизации и языка программирования Python желательно, но не обязательно.
Курсивом выделен дополнительный материал, который может разбираться на семинарах.
Замечания для студентов
- Весной 2022 года курс читается в дистанционном режиме.
- Ссылка на Zoom для 3-го курса МФТИ Обновлено: 2022-03-10
- Ссылка на Zoom для 4-го курса МФТИ Обновлено: 2022-02-04
- Ссылка на семинары для студентов МФТИ
- Видеолекции ШАД Яндекс. Обновлено: 2019 год
- «Введение в машинное обучение» на Курсэре содержит примерно втрое меньше материала, чем в годовом курсе, представленном на этой странице. Там очень многое упрощено, спрятано, пропущено. Действительно введение.
- На подстранице имеется перечень вопросов к устному экзамену. Очень помогает при подготовке к устному экзамену!
- О найденных ошибках и опечатках сообщайте мне. — К.В.Воронцов 18:24, 19 января 2009 (MSK)
- Материал, который есть в pdf-тексте, но не рассказывался на лекциях, обычно не входит в программу экзамена.
- Короткая ссылка на эту страницу: bit.ly/ML-Vorontsov.
Семестр 1. Математические основы машинного обучения
Текст лекций: (PDF, 3 МБ) — обновление 4.10.2011.
Основные понятия и примеры прикладных задач
Презентация: (PDF, 1,7 МБ) — обновление 13.09.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Постановка задач обучения по прецедентам. Объекты и признаки. Типы шкал: бинарные, номинальные, порядковые, количественные.
- Типы задач: классификация, регрессия, прогнозирование, ранжирование.
- Основные понятия: модель алгоритмов, метод обучения, функция потерь и функционал качества, принцип минимизации эмпирического риска, обобщающая способность, скользящий контроль.
- Линейные модели регрессии и классификации. Метод наименьших квадратов. Полиномиальная регрессия.
- Примеры прикладных задач.
- Задачи со сложно структурированными данными. Преобразование и генерация признаков.
- Методика экспериментального исследования и сравнения алгоритмов на модельных и реальных данных.
- Конкурсы по анализу данных kaggle.com. Полигон алгоритмов классификации.
- CRISP-DM — межотраслевой стандарт ведения проектов интеллектуального анализа данных.
Линейный классификатор и стохастический градиент
Презентация: (PDF, 1,2 МБ) — обновление 13.09.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Линейный классификатор, модель МакКаллока-Питтса, непрерывные аппроксимации пороговой функции потерь.
- Бинарная классификация и многоклассовая классификация.
- Метод стохастического градиента SG.
- Эвристики: инерция и ускоренный градиент, инициализация весов, порядок предъявления объектов, выбор величины градиентного шага, «выбивание» из локальных минимумов.
- Проблема мультиколлинеарности и переобучения, регуляризация или редукция весов (weight decay).
- Вероятностная постановка задачи классификации. Принцип максимума правдоподобия.
- Вероятностная интерпретация регуляризации, совместное правдоподобие данных и модели. Принцип максимума апостериорной вероятности.
- Гауссовский и лапласовский регуляризаторы.
- Логистическая регрессия. Принцип максимума правдоподобия и логарифмическая функция потерь. Метод стохастического градиента для логарифмической функции потерь. Многоклассовая логистическая регрессия. Регуляризованная логистическая регрессия.
Нейронные сети: градиентные методы оптимизации
Презентация: (PDF, 1,5 МБ) — обновление 20.09.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Биологический нейрон, модель МакКаллока-Питтса как линейный классификатор. Функции активации.
- Проблема полноты. Задача исключающего или. Полнота двухслойных сетей в пространстве булевых функций.
- Алгоритм обратного распространения ошибок.
- Быстрые методы стохастического градиента: Поляка, Нестерова, AdaGrad, RMSProp, AdaDelta, Adam, Nadam, диагональный метод Левенберга-Марквардта.
- Проблема взрыва градиента и эвристика gradient clipping.
- Метод случайных отключений нейронов (Dropout). Интерпретации Dropout. Обратный Dropout и L2-регуляризация.
- Функции активации ReLU и PReLU. Проблема «паралича» сети.
- Эвристики для формирования начального приближения. Метод послойной настройки сети.
- Подбор структуры сети: методы постепенного усложнения сети, оптимальное прореживание нейронных сетей (optimal brain damage).
Метрические методы классификации и регрессии
Презентация: (PDF, 3,9 МБ) — обновление 03.10.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Гипотезы компактности и непрерывности.
- Обобщённый метрический классификатор.
- Метод ближайших соседей kNN и его обобщения. Подбор числа k по критерию скользящего контроля.
- Метод окна Парзена с постоянной и переменной шириной окна.
- Метод потенциальных функций и его связь с линейной моделью классификации.
- Задача отбора эталонов. Полный скользящий контроль (CCV), формула быстрого вычисления для метода 1NN. Профиль компактности.
- Отбор эталонных объектов на основе минимизации функционала полного скользящего контроля.
- Непараметрическая регрессия. Локально взвешенный метод наименьших квадратов. Ядерное сглаживание.
- Оценка Надарая-Ватсона с постоянной и переменной шириной окна. Выбор функции ядра и ширины окна сглаживания.
- Задача отсева выбросов. Робастная непараметрическая регрессия. Алгоритм LOWESS.
Метод опорных векторов
Презентация: (PDF, 1,3 МБ) — обновление 3.10.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Оптимальная разделяющая гиперплоскость. Понятие зазора между классами (margin).
- Случаи линейной разделимости и отсутствия линейной разделимости. Связь с минимизацией регуляризованного эмпирического риска. Кусочно-линейная функция потерь.
- Задача квадратичного программирования и двойственная задача. Понятие опорных векторов.
- Рекомендации по выбору константы C.
- Функция ядра (kernel functions), спрямляющее пространство, теорема Мерсера.
- Способы конструктивного построения ядер. Примеры ядер.
- SVM-регрессия.
- Регуляризации для отбора признаков: LASSO SVM, Elastic Net SVM, SFM, RFM.
- Метод релевантных векторов RVM
Линейные модели регрессии
Презентация: (PDF, 1,1 MБ) — обновление 11.10.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Задача регрессии, многомерная линейная регрессия.
- Метод наименьших квадратов, его вероятностный смысл и геометрический смысл.
- Сингулярное разложение.
- Проблемы мультиколлинеарности и переобучения.
- Регуляризация. Гребневая регрессия через сингулярное разложение.
- Методы отбора признаков: Лассо Тибширани, Elastic Net, сравнение с гребневой регрессией.
- Метод главных компонент и декоррелирующее преобразование Карунена-Лоэва, его связь с сингулярным разложением.
- Спектральный подход к решению задачи наименьших квадратов.
- Задачи и методы низкоранговых матричных разложений.
Нелинейная регрессия
Презентация: (PDF, 0,8 MБ) — обновление 24.10.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Метод Ньютона-Рафсона, метод Ньютона-Гаусса.
- Обобщённая аддитивная модель (GAM): метод настройки с возвращениями (backfitting) Хасти-Тибширани.
- Логистическая регрессия. Метод наименьших квадратов с итеративным пересчётом весов (IRLS). Пример прикладной задачи: кредитный скоринг. Бинаризация признаков. Скоринговые карты и оценивание вероятности дефолта. Риск кредитного портфеля банка.
- Обобщённая линейная модель (GLM). Экспоненциальное семейство распределений.
- Неквадратичные функции потерь. Метод наименьших модулей. Квантильная регрессия. Пример прикладной задачи: прогнозирование потребительского спроса.
- Робастная регрессия, функции потерь с горизонтальными асимптотами.
Качество классификации и отбор признаков
Текст лекций: (PDF, 330 КБ).
Презентация: (PDF, 1,6 МБ) — обновление 24.10.2024.
Видеозапись: Лекция Семинар
- Критерии качества классификации: чувствительность и специфичность, ROC-кривая и AUC, точность и полнота, AUC-PR.
- Внутренние и внешние критерии. Эмпирические и аналитические критерии.
- Скользящий контроль, разновидности эмпирических оценок скользящего контроля. Критерий непротиворечивости.
- Разновидности аналитических оценок. Регуляризация. Критерий Акаике (AIC). Байесовский информационный критерий (BIC). Оценка Вапника-Червоненкиса.
- Сложность задачи отбора признаков. Полный перебор.
- Метод добавления и удаления, шаговая регрессия.
- Поиск в глубину, метод ветвей и границ.
- Усечённый поиск в ширину, многорядный итерационный алгоритм МГУА.
- Генетический алгоритм, его сходство с МГУА.
- Случайный поиск и Случайный поиск с адаптацией (СПА).
Логические методы классификации
Текст лекций: (PDF, 625 КБ).
Презентация: (PDF, 1.3 МБ) — обновление 04.05.2024.
Видеозапись: Лекция
Семинар
- Понятие логической закономерности.
- Параметрические семейства закономерностей: конъюнкции пороговых правил, синдромные правила, шары, гиперплоскости.
- Переборные алгоритмы синтеза конъюнкций: стохастический локальный поиск, стабилизация, редукция.
- Двухкритериальный отбор информативных закономерностей, парето-оптимальный фронт в (p,n)-пространстве.
- Статистический критерий информативности, точный тест Фишера. Сравнение областей эвристических и статистических закономерностей. Разнообразие критериев информативности в (p,n)-пространстве.
- Решающее дерево. Жадная нисходящая стратегия «разделяй и властвуй». Алгоритм ID3. Недостатки жадной стратегии и способы их устранения. Проблема переобучения.
- Вывод критериев ветвления. Мера нечистоты (impurity) распределения. Энтропийный критерий, критерий Джини.
- Редукция решающих деревьев: предредукция и постредукция. Алгоритм C4.5.
- Деревья регрессии. Алгоритм CART.
- Небрежные решающие деревья (oblivious decision tree).
- Решающий лес. Случайный лес (Random Forest).
- Решающий пень. Бинаризация признаков. Алгоритм разбиения области значений признака на информативные зоны.
- Решающий список. Жадный алгоритм синтеза списка. Преобразование решающего дерева в решающий список.
Линейные ансамбли
Текст лекций: (PDF, 1 MБ).
Презентация: (PDF, 1.5 МБ) — обновление 04.05.2024.
Видеозапись: Лекция Семинар
- Основные понятия: базовый алгоритм, корректирующая операция.
- Простое голосование (комитет большинства).
- Стохастические методы: бэггинг и метод случайных подпространств.
- Случайный лес (Random Forest).
- Взвешенное голосование. Преобразование простого голосования во взвешенное.
- Алгоритм AdaBoost. Экспоненциальная аппроксимация пороговой функции потерь. Процесс последовательного обучения базовых алгоритмов. Теорема о сходимости бустинга. Идентификация нетипичных объектов (выбросов).
- Теоретические обоснования. Обобщающая способность бустинга.
- Базовые алгоритмы в бустинге. Решающие пни.
- Сравнение бэггинга и бустинга.
- Алгоритм ComBoost. Обобщение на большое число классов.
Продвинутые методы ансамблирования
Презентация: (PDF, 1.5 МБ) — обновление 04.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Виды ансамблей. Теоретические обоснования. Анализ смещения и разброса для простого голосования.
- Градиентный бустинг. Стохастический градиентный бустинг.
- Варианты бустинга: регрессия, Алгоритм AnyBoost, GentleBoost, LogitBoost, BrownBoost, и другие.
- Алгоритм XGBoost.
- Алгоритм CatBoost. Обработка категориальных признаков.
- Стэкинг. Линейный стэкинг, взвешенный по признакам.
- Смесь алгоритмов (квазилинейная композиция), область компетентности, примеры функций компетентности.
- Выпуклые функции потерь. Методы построения смесей: последовательный и иерархический.
- Построение смеси алгоритмов с помощью EM-подобного алгоритма.
Оценивание плотности и байесовская классификация
Презентация: (PDF, 1,8 МБ) — обновление 04.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Параметрическое оценивание плотности. Многомерное нормальное распределение, геометрическая интерпретация.
- Выборочные оценки параметров многомерного нормального распределения. Проблемы мультиколлинеарности и переобучения. Регуляризация ковариационной матрицы.
- Непараметрическое оценивание плотности. Ядерная оценка плотности Парзена-Розенблатта. Одномерный и многомерный случаи.
- Смесь распределений. EM-алгоритм как метод простых итераций.
- Байесовская теория классификации. Оптимальный байесовский классификатор.
- Генеративные и дискриминативные модели классификации.
- Наивный байесовский классификатор. Линейный наивный байесовский классификатор в случае экспоненциального семейства распределений.
- Метод парзеновского окна. Выбор функции ядра. Выбор ширины окна, переменная ширина окна.
- Нормальный дискриминантный анализ. Квадратичный дискриминант. Вид разделяющей поверхности. Подстановочный алгоритм, его недостатки и способы их устранения. Линейный дискриминант Фишера.
- Смесь многомерных нормальных распределений. Сеть радиальных базисных функций (RBF) и применение EM-алгоритма для её настройки. Сравнение RBF-сети и SVM с гауссовским ядром.
Кластеризация и частичное обучение
Презентация: (PDF, 2,3 МБ) — обновление 04.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Постановка задачи кластеризации. Примеры прикладных задач. Типы кластерных структур.
- Постановка задачи Semisupervised Learning, примеры приложений.
- Критерии качества кластеризации, коэффициент силуэта, BCubed-меры точности и полноты.
- Алгоритм k-средних и ЕМ-алгоритм для разделения гауссовской смеси.
- Алгоритм DBSCAN.
- Агломеративная кластеризация, Алгоритм Ланса-Вильямса и его частные случаи.
- Алгоритм построения дендрограммы. Определение числа кластеров.
- Свойства сжатия/растяжения и монотонности.
- Простые эвристические методы частичного обучения: self-training, co-training, co-learning.
- Трансдуктивный метод опорных векторов TSVM.
- Алгоритм Expectation-Regularization на основе многоклассовой регуляризированной логистической регрессии.
Детекция аномалий и робастные методы
Презентация: (PDF, 1.8 МБ) — обновление 04.05.2024.
- Задачи выявления аномалий. Эвристические методы выявления аномалий. Алгоритм LOWESS.
- Теория робастного обучения. Схема итерационного перевзвешивания объектов IRS.
- Семейство робастных агрегирующих функций.
- Итерационное перевзвешивание для произвольной агрегирующей функции. Алгоритм IR-ERM.
- Робастная регрессия. Робастная классификация. Робастная кластеризация.
- Выявление аномалий с помощью одноклассового SVM.
- Парадигмы обучения PU-Learning, One-Class Classification, Open-Set Recognition, Open-World Recognition.
Семестр 2. Прикладные модели машинного обучения
Глубокие нейронные сети
Презентация: (PDF, 4,1 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Обоснования глубоких нейронных сетей: выразительные возможности, скорость сходимости при избыточной параметризации.
- Свёрточные нейронные сети (CNN) для изображений. Свёрточный нейрон. Pooling нейрон. Выборка размеченных изображений ImageNet.
- ResNet: остаточная нейронная сеть (residual NN). Сквозные связи между слоями (skip connection).
- Свёрточные сети для сигналов, текстов, графов, игр.
- Рекуррентные нейронные сети (RNN). Обучение рекуррентных сетей: Backpropagation Through Time (BPTT).
- Сети долгой кратковременной памяти (Long short-term memory, LSTM).
- Рекуррентные сети Gated Recurrent Unit (GRU) и Simple Recurrent Unit (SRU).
Нейронные сети с обучением без учителя
Презентация: (PDF, 2,3 МБ) — обновление 09.02.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Нейронная сеть Кохонена. Конкурентное обучение, стратегии WTA и WTM.
- Самоорганизующаяся карта Кохонена. Применение для визуального анализа данных. Искусство интерпретации карт Кохонена.
- Автокодировщик. Линейный AE, SAE, DAE, CAE, RAE, VAE, AE для классификации, многослойный AE.
- Пред-обучение нейронных сетей (pre-training).
- Перенос обучения (transfer learning).
- Многозадачное обучение (multi-task learning).
- Самостоятельное обучение (self-supervised learning).
- Дистилляция моделей или суррогатное моделирование.
- Обучение с использованием привилегированной информации (learning using priveleged information, LUPI).
- Генеративные состязательные сети (generative adversarial net, GAN).
Векторные представления текстов и графов
Презентация: (PDF, 1,6 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Векторные представления текста. Гипотеза дистрибутивной семантики.
- Модели CBOW и SGNS из программы word2vec. Иерархический SoftMax.
- Модель FastText.
- Векторные представления графов.
- Многомерное шкалирование (multidimensional scaling, MDS).
- Векторное представление соседства (stochastic neighbor embedding, SNE и tSNE).
- Матричные разложения (graph factorization).
- Модели случайных блужданий DeepWalk, node2vec.
- Обобщённый автокодировщик на графах GraphEDM.
- Представление о графовых нейронных сетях (graph neural network, GNN). Передача сообщений по графу (message passing).
Модели внимания и трансформеры
Презентация: (PDF, 1,1 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Задачи обработки и преобразования последовательностей (sequence to sequence).
- Рекуррентная сеть с моделью внимания.
- Разновидности моделей внимания: многомерное, иерархическое, Query–Key–Value, внутреннее (self-attention).
- Модели внимания на графах (Graph Attention Network). Задача классификации вершин графа.
- Трансформеры. Особенности архитектуры кодировщика и декодировщка.
- Критерии обучения и оценивание качества (предобучение). Модель BERT.
- Прикладные задачи: машинный перевод, аннотирование изображений.
- Модели внимания и трансформеры для текстов, изображений, графов.
Тематическое моделирование
Презентация: (PDF, 3.9 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Задача тематического моделирования коллекции текстовых документов. Метод максимума правдоподобия.
- Лемма о максимизации гладкой функции на симплексах (применение условий Каруша–Куна–Таккера).
- Аддитивная регуляризация тематических моделей. Регуляризованный EM-алгоритм, теорема о стационарной точке. Элементарная интерпретация EM-алгоритма.
- Вероятностный латентный семантический анализ PLSA. ЕМ-алгоритм.
- Латентное размещение Дирихле LDA. Метод максимума апостериорной вероятности. Сглаженная частотная оценка условной вероятности. Небайесовская интерпретация LDA.
- Регуляризаторы разреживания, сглаживания, частичного обучения, декоррелирования.
- Мультимодальная тематическая модель. Мультиязычная тематическая модель.
- Регуляризаторы классификации и регрессии.
- Модель битермов WNTM. Модель связанных документов. Иерархическая тематическая модель.
- Внутренние и внешние критерии качества тематических моделей.
Обучение ранжированию
Презентация: (PDF, 0,9 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Постановка задачи обучения ранжированию. Примеры.
- Поточечные методы Ранговая регрессия. Ранговая классификация, OC-SVM.
- Попарные методы: RankingSVM, RankNet, LambdaRank.
- Списочные методы.
- Признаки в задаче ранжирования поисковой выдачи: текстовые, ссылочные, кликовые. TF-IDF, Okapi BM25, PageRank.
- Критерии качества ранжирования: Precision, MAP, AUC, DCG, NDCG, pFound.
- Глубокая структурированная семантическая модель DSSM (Deep Structured Semantic Model).
Рекомендательные системы
Презентация: (PDF, 0.9 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Задачи коллаборативной фильтрации, транзакционные данные.
- Корреляционные методы user-based, item-based. Задача восстановления пропущенных значений. Меры сходства.
- Разреженная линейная модель (Sparse LInear Method, SLIM).
- Латентные методы на основе матричных разложений. Метод главных компонент для разреженных данных (LFM, Latent Factor Model). Метод стохастического градиента.
- Неотрицательные матричные разложения NNMF. Метод чередующихся наименьших квадратов ALS. Вероятностный латентный семантический анализ PLSA.
- Модель с учётом неявной информации (implicit feedback).
- Автокодировщики для коллаборативной фильтрации.
- Учёт дополнительных признаковых данных в матричных разложениях и автокодировщиках.
- Линейная и квадратичная регрессионные модели, libFM.
- Гиперграфовая транзакционная тематическая модель для учёта дополнительных данных.
- Измерение качества рекомендаций. Меры разнообразия (diversity), новизны (novelty), покрытия (coverage), догадливости (serendipity).
Поиск ассоциативных правил
Презентация: (PDF, 1.8 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Понятие ассоциативного правила и его связь с понятием логической закономерности.
- Примеры прикладных задач: анализ рыночных корзин, выделение терминов и тематики текстов.
- Алгоритм APriori. Два этапа: поиск частых наборов и рекурсивное порождение ассоциативных правил. Недостатки и пути усовершенствования алгоритма APriori.
- Алгоритм FP-growth. Понятия FP-дерева и условного FP-дерева. Два этапа поиска частых наборов в FP-growth: построение FP-дерева и рекурсивное порождение частых наборов.
- Общее представление о динамических и иерархических методах поиска ассоциативных правил.
- Алгоритм TopMine для поиска коллокаций и терминов в текстах.
Инкрементное и онлайновое обучение
Презентация: (PDF, 1,1 MБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция [ Семинар]
- Задачи инкрементного и онлайнового обучения. Оценивание инкрементного обучения. Кривые обучения.
- Ленивое обучение (метрические и непараметрические методы). Онлайновый отбор эталонных объектов.
- Онлайновый наивный байесовский классификатор.
- Онлайновый градиентный спуск OGD. Алгоритм Perceptron. Алгоритм Passive-Aggressive.
- Инкрементные решающие деревья ID5R.
- Рекуррентный метод наименьших квадратов RLS. Формула Шермана-Моррисона.
- Задача прогнозирования временных рядов. Эконометрические временные ряды с трендом и сезонностью.
- Экспоненциальное скользящее среднее. Модель Хольта. Модель Тейла-Вейджа. Модель Хольта-Уинтерса.
- Адаптивная селективная модель. Адаптивная композиция моделей.
- Онлайновое обучение ансамбля. Алгоритм Hedge, его свойства и интерпретация в задаче портфельного инвестирования.
- Онлайновое глубокое обучение. Алгоритм Hedge BackProp.
Обучение с подкреплением
Презентация: (PDF, 1.9 МБ) — обновление 05.05.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Задача о многоруком бандите. Жадные и эпсилон-жадные стратегии. Метод UCB (upper confidence bound).
- Адаптивные стратегии на основе скользящих средних. Метод сравнения с подкреплением. Метод преследования.
- Постановка задачи в случае, когда агент влияет на среду. Ценность состояния среды. Ценность действия.
- Жадные стратегии максимизации ценности. Уравнения оптимальности Беллмана.
- Метод SARSA. Метод Q-обучения. Типизация методов на on-policy и off-policy.
- Глубокое Q-обучение нейронной сети DQN на примере обучения играм Atari.
- Градиентная оптимизация стратегии (policy gradient). Связь с максимизацией log-правдоподобия.
- Модели актор-критик. Модели с непрерывным управлением.
- Постановка задачи при моделировании среды. Типизация методов на model-free и model-based.
- Контекстный многорукий бандит. Линейная регрессионная модель с верхней доверительной оценкой LinUCB.
- Оценивание новой стратегии по большим историческим данным, сформированным при старых стратегиях.
Активное обучение
Презентация: (PDF, 2.3 МБ) — обновление 26.04.2024. Видеозапись: Лекция Семинар
- Постановка задачи машинного обучения. Основные стратегии: отбор объектов из выборки и из потока, синтез объектов. Приложения активного обучения.
- Почему активное обучение быстрее пассивного. Оценивание качества активного обучения. Кривые обучения.
- Сэмплирование по неуверенности.
- Сэмплирование по несогласию в комитете. Сокращение пространства решений.
- Сэмплирование по ожидаемому изменению модели.
- Сэмплирование по ожидаемому сокращению ошибки.
- Синтез объектов методами безградиентной оптимизации. Метод Нелдера-Мида.
- Синтез объектов по критерию сокращения дисперсии.
- Взвешивание по плотности.
- Введение изучающих действий в стратегию активного обучении. Алгоритмы ε-active и EG-active.
- Использование активного обучения в краудсорсинге. Согласование оценок аннотаторов. Назначение заданий аннотаторам.
Интерпретируемость и объяснимость
Презентация: (PDF, 3.8 МБ) — обновление 04.05.2024.
- Интерпретируемость и объяснимость — цели, задачи, основные понятия
- Интерпретируемые модели машинного обучения
- Оценки значимости признаков в линейной регрессии
- Графики частичной зависимости (Partial Dependence Plot, PDP)
- Графики индивидуальных условных зависимостей (ICE)
- Перестановочные оценки значимости признаков
- Вектор Шепли (из теории кооперативных игр), его свойства, способы оценивания, применение в линейной регрессии
- Суррогатное моделирование в окрестности объекта.
- Метод LIME (Local Interpretable Model-agnostic Explanations)
- Метод якорей (Anchors)
- Метод SHAP (SHapley Additive exPlanations)
- Метод Shapley Kernel
- Метод SAGE (Shapley Additive Global importancE)
- Вектор Шепли для объектов, метод Gradient Shapley
- Контрфактическое объяснение, метод поиска контрфактов (Counterfactual explanations)
Заключительная лекция
Презентация: (PDF, 3.9 МБ) — обновление 4.05.2021. Видеозапись: Лекция
Обзор курса. Постановки оптимизационных задач в машинном обучении.
См. также
- Курс «Введение в машинное обучение», К.В.Воронцов (ВШЭ и Яндекс).Хабр об этом курсе.
- Специализация «Машинное обучение и анализ данных» (МФТИ и Яндекс). Хабр об этом курсе.
- Машинное обучение (семинары,ФУПМ МФТИ)
- Машинное обучение (семинары, ВМК МГУ)
- Машинное обучение (курс лекций, Н.Ю.Золотых)
- Машинное обучение (курс лекций, СГАУ, С.Лисицын)
Литература
- Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. The Elements of Statistical Learning. Springer, 2014. — 739 p.
- Bishop C. M. Pattern Recognition and Machine Learning. — Springer, 2006. — 738 p.
- Мерков А. Б. Распознавание образов. Введение в методы статистического обучения. 2011. 256 с.
- Мерков А. Б. Распознавание образов. Построение и обучение вероятностных моделей. 2014. 238 с.
- Коэльо Л.П., Ричарт В. Построение систем машинного обучения на языке Python. 2016. 302 с.
Список подстраниц
Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)/2009 | Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)/ToDo | Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)/Вопросы |
Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)/Семестровый курс | Машинное обучение (курс лекций, К.В.Воронцов)/Форма отчета |