机器学习太难?那是你没学好线性代数

机器学习初学者

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2020-08-07 08:33

高考刚结束,之前不少人让我推荐专业,对理工科的同学,我一般会说,如果你没有特别执着的专业方向,就报数学系好了。

 
其实小时候我也想不明白学好数学有什么用,直到后来学了工程数学之后,才意识到原来数学可以应用在各类工程中,尤其对技术人来说,学好线性代数就尤为重要。
 
为什么?线性代数是数值代数的数学理论前提,数值代数通常也称为矩阵计算,是以计算机为工具来求解各种数学模型,是特别为计算机上进行线性代数计算服务的,所以,计算机科学本身就离不开线性代数的知识。
 
作为数学中最抽象的一门课,线性代数的应用十分广泛,是计算机很多领域的基础。比如,如何让 3D 图形显示到二维屏幕上?这是线性代数在图形图像学中的应用。如何提高密码被破译的难度?这个密码学问题,用线性代数中的有限向量空间也可以很好地解决。
 
还有一个众所周知非常重要的应用领域 —— 机器学习。在我看来,机器学习的本质就是求解线性方程组。
 
很多人都觉得,机器学习很难,其实我感觉,机器学习本身没有多大难度,因为经过多年的积累后,很多规则已经成型了。对于我们来说真正难的,是机器学习背后的算法所涉及的基础数学原理,包括向量、矩阵等等。
 
我们可以来看下机器学习的整个知识体系。 
       

     
就单从数学角度来看,这个覆盖范围已经很广了,但你看,最最核心的还是线性代数,也就是最本质的向量和矩阵。所以说,学好线性代数才是最最关键的。
 
有些同学可能会说,线性代数对我好像没用,是的,如果你工作中除了 CRUD 就是处理各类字符串、链表、Hash 表,高中甚至初中数学就足够了。但只要你想「再往上走一步」,做任何一点带有创新性的技术,数学问题,往往会成为你的绊脚石。

线代这么难,怎么才能更轻松地学懂、会用呢?
 
我以前学习的时候,啃了不少线代相关的书,但大都是直接讲应用实践,再穿插了一些数学知识,从实践的角度切入,虽然入门容易,但缺点也显而易见的。这样学下来,只知道固定的应用场景,记硬背几个知识点容易,但是数学底层知识不牢固,当真正遇到问题的时候,也只能干瞪眼了。
 
所以在技术领域里,我更推荐从底层基础概念开始,一步步往上走,一直到应用实践。

但是我寻寻觅觅一直没有找到这样的课程,直到我看到了极客时间推出了《重学线性代数》以通俗易懂的语言,带你构建完整实用的线代知识框架,还详解 9 个机器学习中必备的线代核心点,并且,还会讲到线性代数在计算机很多其他领域的基础和应用,比如:图形图像、密码学,等等,我确定,这就是我要找的线性代数的学习专栏,真正地能让大家掌握工程应用中的线代知识
 

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作者是谁?

作者是朱维刚,毕埃慕(BIM)首席战略官、副总裁,前阿里云资深产品与技术专家,微软人工智能金牌讲师,长期专注于云计算和大数据领域。拥有多年海外工作经验,自2008年开始从事云计算和大数据相关工作,曾带领国际团队主导比利时电信云 BeCloud,以及新加坡政府云 G-Cloud 的建设。
 


他是如何讲解线性代数?


 
我看了目录和最新更新的内容,专栏非常系统,从核心概念、完整框架,再到工程应用,让你彻底学透线代,还有不少代码示例?


具体点说,分为 2 个模块:
 
基础篇,讲的是线性代数的理论基础。
 


  • 先从最简单的线性方程组说起,在这基础上引出向量和矩阵,并通过矩阵来解线性方程组的不同方法。 


  • 然后,在向量和矩阵的基础上讲线性空间,因为在实践中,更多的是对集合的操作,也就是对线性空间的操作。线性空间好比是容器,它包含了向量,以及向量的运算。 


  • 最后,介绍解析几何,是解析几何使得向量从抽象走向了具象,让向量具有了几何的含义,比如:计算向量的长度、之间的距离和角度,这在机器学习的主成分分析PCA中是非常有用的。


 
第二个模块是应用篇,结合线性代数的基础理论,讲解线性代数在计算机科学中的应用。
  
所以从整体来说,“重学线性代数”可以满足你四个层次的需求:
 


  • 第一层次:在研究应用领域时,希望能够理解数学公式的意义。
  • 第二层次:在阅读线性代数参考书时,希望理解书中的内容。
  • 第三层次:能够自己实践、自己计算。
  • 第四层次:能够踏入大规模矩阵计算的世界。


               
话不多说,大家自己看看目录吧 ?
        


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