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基础数据探索

Pandas

任何机器学习项目的第一步都是熟悉数据。 为此，您将使用Pandas库。 Pandas是数据科学家用于探索和操作数据的主要工具。大多数人在代码中将pandas缩写为pd。我们用命令来做到这一点。

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import pandas as pd

人工智能领域正在快速发展，算法不断发展以匹配甚至超越人类的能力，例如ChartGPT及其最近发布的新功能。我们今天使用的大多数人工智能工具，例如谷歌翻译等虚拟协助机器人，都是基于深度学习框架构建。深度学习（DL）是机器学习的高级子领域。深度学习模型可以自行演化，无需持续编程。深度学习网络具有无限的学习能力，可以理解数量惊人的数据，并为全新的分析水平打开大门。这些算法可以增强计算机视觉、语音识别、自然语言处理和分析任务，其应用范围从自动驾驶汽车到医学研究和诊断。

在实践中，传统的表格数据的形状为(batch_size, feat_1, feat_2,…feat_N)，其中N是任意大的。当有数千个特征（例如，N>1000）时，很难知道Pytorch张量中的哪些列索引对应于哪个特征。以及如何为神经网络架构应用适当的Pytorch模块。

众所周知，数据挖掘、机器学习以及深度学习等，在学习与运用过程中，会涉及到大量的数学公式，而公式的编辑往往比较繁琐。LaTeX公式有两种，一种是用在正文中的，一种是单独显示的。正文中的公式如下:

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$...$

单独一行显示的时候使用如下命令：

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$$...$$

其中，$符号中间包含的三个点表格的是LaTex的公式命令。

随机森林

• 随机森林原理：随机森林，是一种基于决策树的集成学习算法。它通过构建多棵决策树，并将它们的预测结果进行投票或平均，从而提高预测的准确性和稳定性。每棵树都是在随机抽取的数据样本和特征上构建的，因此可以有效减少过拟合，提高模型的泛化能力。
• 应用场景：随机森林在许多领域都有广泛应用，如金融领域的信用评分、医疗领域的疾病预测、电商领域的推荐系统等它能够处理高维数据和缺失值，对异常值具有较强的鲁棒性，因此在实际问题中表现出色。
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反向传播

想象一下，你正在玩一个猜数字的游戏，你需要猜一个数字，这个数字是正确答案。每次猜完后，都会有人告诉你猜的数字是偏大还是偏小了。根据这个反馈，你可以调整你的猜测，直到猜正确为止。这就是反向传播算法的基本思想。反向传播是一种用于训练神经网络的算法。它通过计算损失函数关于网络参数的梯度，从而对网络参数进行更新，以达到减小损失函数值的目的。这个过程中，算法会从输出层开始，逐层计算每一层的梯度，知道输入层。这个例子中，我们定义了一个简单线性模型，并使用随机梯度下降法进行训练。在每次迭代中，我们首先进行前向传播，计算输出和损失；然后进行反向传播，计算梯度；最后更新模型参数。通过这个例子，我们可以看到反向传播算法在神经网络训练中的重要作用。

Pathway

OpenAI Sora扩散模型

Sora扩散模型，想象一下，你正在尝试理解一个复杂的机器如何运作，而这个机器有无数个相互连接的零件组成的。这些零件就像神经网络中的神经元，他们通过传递信息来共同完成一个任务。但是，这些神经元是如何协同工作的呢？这就是Sora扩散模型要解决的问题。Sora是一种独特神经网络架构，它的核心思想是通过模拟物理中的扩散过程来优化神经网络的性能。在扩散过程中，物质会从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到达到均匀分布的状态。类似地，Sora扩散模型通过调整神经元之间的连接权重，是的信息能够在神经网络中更加顺畅的传递，从而提高网络的性能。这个过程就像是你在一个黑暗的房间里摸索，逐渐找到了开关的位置，点亮了整个房间。虽然开始时你可能感到迷茫无助，但随着对Sora扩散模型的理解加深，你会逐渐发现神经网络背后奥秘。

ResNet神经网络

ResNet 全名Residual Network，诞生于2015年，由微软研究院的研究者提出，为解决随着神经网络深度加深而出现的梯度消失和网络退化问题提供了颠覆性的解决方案。其核心思想是引入“残差块”构造深层网络，让信息直接由浅层传递到深层，绕过复杂的非线性变换，从而使得模型能够训练更深且更有效的层级结构。想象一下，你正在攀登一座陡峭的山峰，但是山路崎岖难行，每走一步都异常艰辛。这时，如果山路上每隔一段距离就有一个休息平台，你是不是会觉得轻松很多？ResNet就是这样的“超级楼梯”，它通过在神经网络中添加“休息平台”（残差块），让网络在学习的过程中能够轻松“喘气”，从而能够构建更深、更强大的模型。残差块就是一个小小的“助推器”，帮助神经网络的在训练的过程中更好地学习数据的特征。这种设计使得ResNet能够轻松应对深度神经网络中的“梯度消失”和“梯度爆炸”问题，让我们能够构建出更深层次的模型，实现更精准，更高效的预测。实际工程应用场景：

EfficientNet神经网络

EfficientNet是一种深度学习模型，它通过一种叫做复合缩放的方法，能够同时优化模型的深度、宽度和分辨率。这意味着，它能够在不增加计算成本的情况下，提高模型的准确率和效率。想象一下，你正在搭建一座有神经元组成的迷宫城堡，每个房间代表一个计算层，城堡越大，解决图像分类问题的能力越强。但城堡越大，维护成本和资源消耗也越大。这时，EfficientNet就像一个精打细算的城堡设计师，通过一种名为“复合系数缩放”的创新方法，将模型宽度、深度和分辨率三个关键维度以最优比例同步放大或缩小，确保城堡既能容纳更多知识，又能高效运作，不会浪费一丝一毫的计算力。应用场景有：

• 图像分类：EfficientNet让图片内容分类准确又快速。
• 医疗影像诊断：在CT、MRI扫描图像中发现病灶，辅助医生提高诊疗效率和精度。
• 农业检测：通过无人机拍摄的农业图像识别农作物生长状况和病虫害。
• 自动驾驶：实时分析道路环境中的行人、车辆和其它障碍物，确保行车安全。
• 人脸识别：应用于安防系统，实现人脸验证与身份识别。
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