16 Δεκέμβριος 2017

Τα Μαθηματικά της Μηχανικής Μάθησης

Το τελευταίο καιρό, παρουσιάζονται πολλοί άνθρωποι ενθουσιασμένοι με τις τεχνικές της Μηχανικής Μάθησης και τη δυνατότητα τους να αναδείξουν στα δεδομένα στατιστικές ιδιότητες και να χτίσουν άψογα προϊόντα βασισμένα στα δεδομένα. Όμως, παρατηρήθηκε πως κάποιοι δεν έχουν το απαραίτητο μαθηματικό υπόβαθρο για να εξάγουν χρήσιμα συμπεράσματα. Επομένως, σε αυτό το άρθρο παρουσιάζεται το πόσο και ποια μαθηματικά είναι σημαντικά στη Μηχανική Μάθηση.

 

Η Μηχανική Μάθηση είναι ένα πεδίο που συνυπάρχουν πολλές επιστήμες όπως η στατιστική και η επιστήμη των υπολογιστών. Παρόλο που υπάρχουν πλέον πολλά έτοιμα, σχεδόν αυτοματοποιημένα, εργαλεία για Μηχανική και Βαθιά Μάθηση, η γνώση μαθηματικών είναι απαραίτητη για να καταλάβει κανείς πως ακριβώς δουλεύει ο κάθε αλγόριθμος. Έτσι, μπορεί κανείς να διαλέξει τον σωστό αλγόριθμο για κάθε περίπτωση συνεκτιμώντας πολλές παραμέτρους(ακρίβεια πρόβλεψης, χρόνος «εκπαίδευσης» αλγορίθμου, πολυπλοκότητα μοντέλου κλπ), να επιλέξει τις κατάλληλες στρατηγικές, να καταλάβει υπερεκτιμήσεις ή υποεκτιμήσεις και να εκτιμήσει σωστά το μέγεθος της αβεβαιότητας .

 

Στο παρακάτω διάγραμμα βλέπουμε ποια πεδία των μαθηματικών είναι πιο απαραίτητα για τη Μηχανική Μάθηση. Η απάντηση στο ερώτημα αυτό δεν είναι απλή οπότε ενδεικτικά αναφέρονται κάποιες ελάχιστες γνώσεις που χρειάζονται. Φαίνεται πως η γραμμική άλγεβρα, η θεωρία Πιθανοτήτων και η κατά Bayes προσέγγιση, η πολυμεταβλητή άλγεβρα, οι αλγόριθμοι και άλλες μαθηματικές θεωρίες είναι απαραίτητα για την κατανόηση πολλών τεχνικών Μηχανικής Μάθησης. Το καλό είναι ότι υπάρχει πολλά μαθήματα και πηγές στο διαδίκτυο σχετικά με όλα αυτά τα θέματα.

 

Συνοψίζοντας, σκοπός του άρθρου δεν είναι να αποθαρρύνει όποιον ενδιαφέρεται για τη Μηχανική Μάθηση αλλά να δοθεί μία σύντομη περιγραφή για τα βασικά θέματα μαθηματικών που χρειάζονται. Πέρα από αυτό όμως, για κάποιον που ξεκινάει τώρα τα βασικά της Μηχανικής Μάθησης δεν είναι απαραίτητο να ξέρει όλα αυτά. Το βασικό προαπαιτούμενο είναι η γνώση ανάλυσης δεδομένων, κάποιου υπολογιστικού προγράμματος(και γενικά υπολογιστή) και της συλλογής, επεξεργασίας και περιγραφής των δεδομένων. Αυτά, σε συνδυασμό με βασικές απλά γνώσεις μαθηματικών, αρκούν για να ξεκινήσει κάποιος να ασχολείται με τη Μηχανική Μάθηση.