Обучение с учителем

Этот тип машинного обучения основан на использовании размеченных данных, то есть данных, для которых известны выходные значения. Задача заключается в том, чтобы создать модель, способную предсказывать выходные значения на основе новых, невидимых данных.

Наиболее распространенные алгоритмы обучения с учителем включают линейную регрессию, логистическую регрессию, деревья решений, методы опорных векторов и нейронные сети. Рассмотрим использование линейной регрессии для прогнозирования стоимости жилья. Если у нас есть набор данных, где указаны площади квартир и их стоимости, мы можем обучить модель, чтобы она предсказывала стоимость новой квартиры по её площади.

Практический пример на Python с использованием библиотеки `scikit-learn`:

import pandas as pd

from sklearn.model_selection import train_test_split

from sklearn.linear_model import LinearRegression

# Загрузите данные

data = pd.read_csv('housing_data.csv')

X = data[['area']]..# Площадь

y = data['price']..# Стоимость

X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)

model = LinearRegression()

model.fit(X_train, y_train)

# Прогнозирование

predictions = model.predict(X_test)

print(predictions)

Обучение с учителем чаще всего проще для понимания, поскольку позволяет визуализировать входные и выходные данные, а также оценить эффективность модели с помощью метрик, таких как среднеквадратичная ошибка или точность.

Обучение без учителя

В отличие от обучения с учителем, обучение без учителя работает с неразмеченными данными. Здесь модель пытается найти скрытые закономерности и структуры в данных без какого-либо внешнего контроля. Этот тип обучения часто используется для кластеризации и уменьшения размерности данных.

Примером применения обучения без учителя является алгоритм K-средних, который позволяет разбивать данные на кластеры. Рассмотрим задачу сегментации клиентов на основе их покупательского поведения. Мы можем использовать алгоритм K-средних для группировки клиентов по схожим характеристикам, таким как количество покупок и средний чек.

Применение K-средних в Python может выглядеть следующим образом:

from sklearn.cluster import KMeans

# Загрузка данных о покупках

data = pd.read_csv('customer_data.csv')

X = data[['num_purchases', 'avg_spend']]..# Количество покупок и средний чек

kmeans = KMeans(n_clusters=3)

kmeans.fit(X)

# Получение меток кластеров

labels = kmeans.labels_

data['cluster'] = labels

Обучение без учителя полезно в ситуациях, когда вы хотите выявить незаметные закономерности без предварительных допущений о взаимосвязях между данными. Однако для его оценки точность установить трудно, так как нет меток, с которыми можно сравнивать результаты.

Обучение с подкреплением

Этот тип машинного обучения, в отличие от предыдущих, базируется на системе вознаграждений и наказаний. Алгоритм обучается на основе взаимодействия с окружающей средой, где он получает положительные или отрицательные отклики в зависимости от своих действий.

Обучение с подкреплением используется в таких областях, как игры, робототехника и автономные системы. Например, рассмотрим использование обучения с подкреплением для обучения игре в шахматы. Алгоритм может исследовать различные стратегии, получая вознаграждение за выигранные партии и наказание за проигрыши.

Для простоты можно взять алгоритм Q-learning. Пример кода для реализации Q-learning может быть следующим:

import numpy as np

# Определение параметров

actions = ['left', 'right', 'up', 'down']

Q = np.zeros((state_space_size, len(actions)))