什么是机器学习?机器学习的工作原理是什么?

作者:兰洋科技    浏览量:3410    时间:2023年11月22日    标签: 机器学习 深度学习 AI人工智能

什么是机器学习

机器学习 (ML) 是人工智能 (AI) 的一个分支,旨在构建能够根据所使用的数据进行学习或改进性能的系统。人工智能是一个宽泛的术语,指的是模仿人类智能的系统或机器。机器学习和人工智能这两个术语经常被相提并论,有时甚至互换使用,但它们的含义并不相同。其中一个重大区别是,所有的机器学习都是 AI,但不是所有的 AI 都是机器学习。

如今,机器学习无处不在。当我们与银行交互、在线购物或使用社交媒体时,机器学习算法会发挥作用,让我们获得高效、顺畅和安全的体验。目前,机器学习及其相关技术正迅速发展,对于它的强大功能,我们只是略知一二而已。

机器学习的工作原理是什么?

机器学习的核心思想是任意输入和输出数据组合之间的现有数学关系。机器学习模型事先不知道这种关系,但如果给出足够的数据集,它可以猜测出来。这意味着每个机器学习算法都是围绕一个可修改的数学函数构建的。基本原理可以这样理解:

  1. 我们为算法提供了以下输入/输出 (i,o) 组合来“训练”算法 – (2,10)、(5,19) 和 (9,31)

  2. 算法计算出输入和输出之间的关系为:o=3*i+4

  3. 我们为算法提供输入 7,并要求算法预测输出。算法会自动确定输出为 25。

虽然这只是机器学习的基本理解,但机器学习关注的是一个原则,即所有复杂的数据点都可以通过计算机系统建立数学关联,只要它们有足够的数据和计算能力来处理这些数据。因此,输出的准确度与给定的输入大小直接相关。

机器学习的类型:两种学习方法

算法是驱动机器学习的引擎。一般来说,机器学习算法主要分两种:监督学习和无监督学习。这两者的区别在于如何学习数据从而做出预测。

1.监督机器学习

监督机器学习算法最为常用。在该模型下,数据科学家扮演向导,告诉算法它应该得出什么结论。就像孩子通过在图画书中记住水果来学习识别水果一样,在监督学习中,算法是由已经标记并具有预定义输出的数据集进行训练的。

监督机器学习的例子包括算法,如线性和逻辑回归,多类别分类和支持向量机。

2.无监督机器学习

无监督机器学习相对而言更加独立,在该模式下,计算机会在无人类持续提供密切指导的前提下学习识别复杂的过程和模式。无监督机器学习包括根据没有标签的数据或特定的、定义好输出的数据进行训练。

就如上文使用幼儿教学作类比,无监督机器学习类似于孩子通过观察颜色和图案来识别水果,而不是在老师的帮助下记住水果的名字。孩子(算法)会自己寻找图像之间的相似性,对图像分组,为每一个小组分配一个新标签。无监督机器学习的算法有 K 均值聚类、主成分和独立分量分析以及关联规则。

3.如何选择?

哪种方法更符合您的需求?在现实中,选择监督还是无监督机器学习算法,取决于一些与数据结构和数据量相关的因素以及具体使用场景。目前,机器学习已在很多行业中实现了蓬勃发展,广泛应用于各种业务目标和场景,包括:

  • 客户终身价值

  • 异常检测

  • 动态定价

  • 预测性维护

  • 图像分类

推荐引擎

机器学习的业务目标:客户终身价值建模

客户终身价值建模不仅对电子商务至关重要,同时也适用于许多其他行业。在此模型中,企业使用机器学习算法来识别、洞察和留住最有价值的客户。这些价值模型将评估海量的客户数据,以识别贡献营收最多的消费者,忠诚度最高的拥趸,或者这些特质的组合。

客户终身价值模型在预测一定时期内客户将为企业带来多少收入上尤其有效,它让企业能够将营销重点放在激励高价值客户更频繁地与品牌互动上。此外,客户终身价值模型还可以帮助企业精确投放营销支出,吸引与现有高价值客户类似的新客户。

基于机器学习的客户流失建模

与维持现有客户的满意度和忠诚度相比,吸引新客户更耗时,成本也更高。通过对客户流失建模,企业可识别哪些客户可能会停止互动以及背后的原因。

一个有效的客户流失模型可基于机器学习算法提供全面的洞察,从单个客户的流失风险评分到按重要性排序的客户流失动因。这些洞察对于算法性客户维系策略的开发至关重要。

在深入了解客户流失数据后,企业可以优化折扣优惠、电子邮件营销活动和其他精准营销活动,促成高价值客户购买和再次光顾。

如今消费者和过去相比有更多的选择,他们可以即时比较各种渠道的价格。动态定价(也称为需求定价)让企业能够适应不断变化的市场动态,根据目标客户的兴趣水平、购买时的需求以及是否参加了营销活动等因素对产品进行灵活定价。

要想获得这样的业务敏捷性,企业需要一个可靠的机器学习策略,以及大量关于不同客户在各种场景下付费意愿如何变化的数据。动态定价模型可能很复杂,但为了充分提高收入,目前航空公司和拼车服务等企业已经成功实施了动态价格优化策略。

机器学习的业务目标:基于客户细分精准定位客户

成功的营销总是在适当的时机为适当的人提供合适的产品。就在不久前,营销人员还需要依靠自己的直觉对客户进行细分,将客户分成几个小组,然后有针对性地投放营销活动。

如今,机器学习使数据科学家能够使用聚类和分类算法,根据特定的变量将客户分组到各角色中。这些角色考虑了多个维度的客户差异,例如人口统计数据、浏览行为和亲和度。精通数据的企业将这些特征与购买行为模式联系起来,就能推出高度个性化的营销活动,进而更有效地促进销售。

随着企业可用数据的增长和算法日趋复杂,个性化功能将会越来越多,让企业更贴近理想的客户群。

机器学习的业务目标:发挥图像分类的强大力量

机器学习不仅适用于零售、金融服务和电子商务等场景,它在科学、医疗卫生、建筑和能源应用领域也有巨大的潜力。例如,在机器学习算法的帮助下,图像分类可将一组固定的标签分配给任意图像。它使企业能够基于 2D 设计对 3D 建筑计划进行建模,支持在社交媒体中进行照片标记以及通知医疗诊断等功能。

神经网络等深度学习方法经常被用于图像分类,因为它们可以根据潜在联系有效识别图像的相关特征。例如,它们可以识别图像中的视角、光照、缩放或杂斑量的变化然后进行补偿,提供相关度最高的高质量洞察。

推荐引擎

推荐引擎对于交叉销售和追加销售以及改善客户体验必不可少。

Netflix 表示自家的推荐引擎每年在内容建议方面创造的价值高达 10 亿美元,而亚马逊则表示自家的推荐引擎系统每年带来了 20% 至 35% 的年销售额增长。

推荐引擎使用机器学习算法筛选大量数据,预测客户购买商品或浏览内容的可能性,然后为用户提供个性化建议。这有助于构建更加个性化、相关度更高的客户体验,促进客户互动,减少客户流失。

机器学习的使用场景

机器学习适用于一系列广泛的关键业务使用场景。它如何提升企业竞争优势?机器学习最引人注目的一大特点是自动化和加快决策速度,更快创造价值。它能为企业提供更高的可见性,增强企业协作。

  • 制造业

机器学习可以为制造业的预测性维护、质量控制和创新研究提供支持。机器学习技术还可以帮助公司改进物流解决方案,包括资产、供应链以及库存管理。

  • 医护及生命科学

可穿戴传感器和设备的激增产生了大量的健康数据。机器学习程序可以分析此信息,并为医生的实时诊断和治疗提供支持。机器学习研究人员正在开发发现癌症肿瘤并诊断眼睛疾病的解决方案,这会对人类健康结果产生巨大影响。

  • 金融服务

金融机器学习方案改进了风险分析和监管程序。机器学习技术可让投资者分析股市走势、评估对冲基金或校准金融服务产品组合,从而发现新的机会。此外,它还有助于识别高风险贷款客户,减少欺诈问题。  金融软件领导者 Intuit 使用 AWS Machine Learning 系统 Amazon Textract 来创建更个性化的财务管理方案,并帮助终端用户改善他们的财务状况。

  • 零售

零售业可以使用机器学习来改进客户服务、库存管理、追加销售和跨渠道营销。

  • 媒体和娱乐

娱乐公司转向使用机器学习,希望更好地了解他们的目标受众,并根据受众需求提供沉浸式的个性化内容。部署机器学习算法有助于设计预告片和其他广告,为消费者提供个性化的内容建议,甚至还可以简化生产。 

  • 预测的力量

机器学习另一个振奋人心的功能是能够预测。过去,业务决策通常是基于历史结果做出的。如今,机器学习使用丰富的分析来预测将要发生的事。组织可以做出前瞻性的主动决策,而不是依赖历史数据。

例如,预测性维护可帮助制造商、能源公司和其他行业占据主动权,确保运营的可靠性和优化状态。在拥有数百台钻机的油田中,机器学习模型可以发现在不久的将来有故障风险的设备,然后提前通知维护团队。这种方法不仅能尽可能提高生产率,还可以改善资产性能,延长正常运行时间和使用寿命。它还可以尽可能降低员工风险,减少不利因素并改善合规性。

预测性维护的优势可扩展至库存控制和管理。通过实施预测性维护,企业可以避免计划外设备停机,更准确地预测备件和维修需求,从而显著降低资本和运营支出。

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