Introduction to ML

統計學與機器學習差在哪裡?

• 同: 將資料(data)轉為資訊(info)

• 異: 有無強烈的人為事先假設

• 統計學

  • 統計學是在資料分析的基礎上，研究如何測定、收集、整理、歸納和分析反映資料，以便給出正確訊息的科學。

• 機器學習

  • 機器學習演算法是一類從資料中自動分析獲得規律，並利用規律對未知資料進行預測的演算法。 \(\begin{array}{lll} \text{Item} & \text{Statistics} & \text{Machine Learning}\\\hline \text{特性} & \text{伴隨事前假設，依賴明確規則，以模型定義資料關聯性，重視模型解釋性} & \text{幾乎無視前假設，不依賴明確規則，相信經驗}\\ & \text{事前假設(人)}\rightarrow\text{模型估計(機器)} & \text{特徵萃取(機器)}\rightarrow\text{網路建構(機器)} \\\hline \text{優點} & \text{模型可解釋} & \text{不須事先假設或了解資料關聯性}\\ & \text{推論有強烈理論根據} & \text{可抓取資料的所有(幾乎)複雜特徵}\\ & \text{符合事前假設前提下，可做更多的推論}\\ & \text{符合事前假設前提下，不需大量資料} \\\hline \text{缺點} & \text{所有推論接基於事前假設，常難以驗證假設的正確性} & \text{模型難以解釋(黑盒子)}\\ & \text{難以抓取資料中過於複雜的特徵} & \text{推論無強烈理論根據} \\\hline \text{專家} & \text{統計背景} & \text{資訊背景及統計背景} \\\hline \end{array}\)

結論

• 統計模型的重點是有合理的事前假設
  • 在有合理假設之情況下，統計模型能發揮效力(即使資料量少)
• 機器學習的重點是大量有代表性的資料
  • 在有大量有效資料之情況下，機器學習能發揮效力(即使人類對資料間的關聯之了解並不多)
• 何時使用統計方法? 何時使用機器學習?
  • 資料關聯性清楚，容易給予合適的模型假設時，建議使用統計模型
  • 資料無明確規則(如影像及語音辨識)，且資料量夠多時，建議使用機器學習方法(可以佐以人為提示)

統計與機器學習類似的專有名詞

\(\begin{array}{ll} \text{Statistics} & \text{Machine Learning} \text{response, dependent variable} & \text{label} \\\hline \text{covariate, explanatory variable, independent variable} & \text{feature} \\\hline \text{model} & \text{network} \\\hline \text{parameter, coefficient} & \text{weight} \\\hline \text{fitting} & \text{learning} \\\hline \text{refression, classification} & \text{supervised learning} \\\hline \text{density estimation, cluster} & \text{unsupervised learning} \\\hline \end{array}\)