机器学习 | 机器学习、自然语言处理、深度学习的联系

参考文章：

链接：人工智能、机器学习和深度学习的区别？     终于有人把自然语言处理、机器学习、深度学习和AI讲明白了

机器学习：一种实现人工智能的方法

机器学习是一门多领域交叉学科，涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。

机器学习最基本的做法，是使用算法来解析数据、从中学习，然后对真实世界中的事件做出决策和预测。与传统的为解决特定任务、硬编码的软件程序不同，机器学习是用大量的数据来“训练”，通过各种算法从数据中学习如何完成任务。

举个简单的例子，当我们浏览网上商城时，经常会出现商品推荐的信息。这是商城根据你往期的购物记录和冗长的收藏清单，识别出这其中哪些是你真正感兴趣，并且愿意购买的产品。这样的决策模型，可以帮助商城为客户提供建议并鼓励产品消费。

机器学习直接来源于早期的人工智能领域，传统的算法包括决策树、聚类、贝叶斯分类、支持向量机、EM、Adaboost等等。从学习方法上来分，机器学习算法可以分为监督学习（如分类问题）、无监督学习（如聚类问题）、半监督学习、集成学习、深度学习和强化学习。

传统的机器学习算法在指纹识别、基于Haar的人脸检测、基于HoG特征的物体检测等领域的应用基本达到了商业化的要求或者特定场景的商业化水平，但每前进一步都异常艰难，直到深度学习算法的出现。

自然语言处理：基于机器学习，建立人与机器间的沟通渠道

自然语言处理（NLP）是计算机科学，人工智能，语言学关注计算机和人类（自然）语言之间的相互作用的领域。现代NLP算法是基于机器学习，特别是统计机器学习。机器学习范式是不同于一般之前的尝试语言处理。语言处理任务的实现，通常涉及直接用手的大套规则编码。

• 自然语言是一种有机且自然发展而来的书面和口头交流形式。 

• 处理意味着使用计算机分析和理解输入数据。

• 主要分为3个部分：
  1. 语音识别：将口语翻译为文本；
  2. 自然语言理解：计算机理解人类的能力
  3. 自然语言生成：计算机生成自然语言

  自然语言处理的应用很广泛，例如，在我们的手机和智能音箱中的个人语音助手，如Alexa和Siri。它们不仅能够理解我们的说话内容，而且能够根据我们说的话采取行动，并做出反馈。自然语言处理算法促进了这种与人类沟通的技术。

  在上述自然语言处理定义中要考虑的关键是：沟通需要以人类的自然语言进行。几十年来，我们一直在与机器沟通：创建程序来执行某些任务并执行。

  然而，这些程序是用非自然语言编写的，因为它们不是口头交流的形式，也不是自然或有机发展而来的。这些语言，例如Java、Python、C和C ++，都是在主要考虑机器的情况下创建的，并且始终考虑的是“机器能够轻松理解和处理的是什么？” 

  虽然Python是一种对用户更加友好的语言，且易于学习和编码，但与机器沟通，人类必须学习机器能够理解的语言。

深度学习：一种实现机器学习的技术

深度学习(DL, Deep Learning)是机器学习(ML, Machine Learning)领域中一个新的研究方向，它被引入机器学习使其更接近于最初的目标——人工智能（AI, Artificial Intelligence)。

深度学习是学习样本数据的内在规律和表示层次，这些学习过程中获得的信息对诸如文字，图像和声音等数据的解释有很大的帮助。它的最终目标是让机器能够像人一样具有分析学习能力，能够识别文字、图像和声音等数据。 深度学习是一个复杂的机器学习算法，在语音和图像识别方面取得的效果，远远超过先前相关技术。

深度学习是一类模式分析方法的统称，就具体研究内容而言，主要涉及三类方法：

(1)基于卷积运算的神经网络系统，即卷积神经网络(CNN)。

(2)基于多层神经元的自编码神经网络，包括自编码( Auto encoder)以及近年来受到广泛关注的稀疏编码两类( Sparse Coding)。

(3)以多层自编码神经网络的方式进行预训练，进而结合鉴别信息进一步优化神经网络权值的深度置信网络(DBN)。

深度学习本来并不是一种独立的学习方法，其本身也会用到有监督和无监督的学习方法来训练深度神经网络。但由于近几年该领域发展迅猛，一些特有的学习手段相继被提出（如残差网络），因此越来越多的人将其单独看作一种学习的方法。

最初的深度学习是利用深度神经网络来解决特征表达的一种学习过程。深度神经网络本身并不是一个全新的概念，可大致理解为包含多个隐含层的神经网络结构。为了提高深层神经网络的训练效果，人们对神经元的连接方法和激活函数等方面做出相应的调整。其实有不少想法早年间也曾有过，但由于当时训练数据量不足、计算能力落后，因此最终的效果不尽如人意。

深度学习摧枯拉朽般地实现了各种任务，使得似乎所有的机器辅助功能都变为可能。无人驾驶汽车，预防性医疗保健，甚至是更好的电影推荐，都近在眼前，或者即将实现。

自然语言处理、机器学习、深度学习的关系如图所示