Strojové učení

V dnešním světě se Strojové učení stalo tématem velkého významu a zájmu širokého spektra společnosti. Vědět více o Strojové učení je nezbytné pro pochopení jeho dopadu na různé aspekty našeho každodenního života. Od svého vlivu na ekonomiku až po svou roli v populární kultuře se Strojové učení umístil jako ústřední téma současného diskurzu. V tomto článku se ponoříme do světa Strojové učení, abychom prozkoumali jeho různé aspekty a jeho relevanci v aktuálním kontextu.

ikona
Tento článek potřebuje úpravy.
Můžete Wikipedii pomoci tím, že ho vylepšíte. Jak by měly články vypadat, popisují stránky Vzhled a styl, Encyklopedický styl a Odkazy.
Konkrétní problémy: nedostatečně ozdrojováno; heslovité sekce převést na souvislejší text, případně i dokončit

Strojové učení je podoblastí umělé inteligence, zabývající se algoritmy a technikami, které umožňují počítačovému systému „učit se“. Učením v daném kontextu rozumíme takovou změnu vnitřního stavu systému, která zefektivní schopnost přizpůsobení se změnám okolního prostředí.

Strojové učení má široké uplatnění. Jeho techniky se využívají pro rozpoznávání obrazů (např. ve formě pixelů) či akustických (např. rozpoznávání řeči) nebo elektrických (např. EKG, EEG) signálů, dále ke klasifikaci, segmentaci či kompresi dat, k předvídání vývoje časových řad (např. burzovních indexů), k analýze psaného textu či k filtrování spamu. V lékařství slouží k diagnostice onemocnění a v řízení pro podporu rozhodování.

Základní rozdělení algoritmů učení

Algoritmy strojového učení lze podle způsobu učení rozdělit do následujících kategorií:

  • Učení s učitelem („supervised learning“) – pro vstupní data je určen správný výstup (třída pro klasifikaci nebo hodnota pro regresi).
  • Učení bez učitele („unsupervised learning“) – ke vstupním datům není známý výstup.
  • Kombinace učení s učitelem a bez učitele („semi-supervised learning“) – část vstupních dat je se známým výstupem, ale další data, typicky větší, jsou bez něj.
  • Zpětnovazebné učení („reinforcement learning“), též učení posilováním.

Podle způsobu zpracování lze algoritmy rozdělit na:

  • dávkové: Všechna data se požadují před začátkem výpočtu.
  • inkrementální: Dokážou se „přiučit“, tj. upravit model, pokud dostanou nová data, bez přepočítání celého modelu od začátku.

Základní druhy úloh

Další typy úloh jsou:

  • Ranking určuje pořadí datových bodů, výsledkem je částečné nebo úplné setřídění
  • Učení strukturovaných dat. Výstupní neboli hledaná struktura může být například sekvence, strom, graf, matice, …

Aplikace jsou např. učení syntaktických stromů ve zpracování přirozeného jazyka, zarovnání několika sekvencí proteinů v bioinformatice, převod řeči na textový řetězec, tj. na sekvenci znaků, hledání vhodné molekuly reprezentované jako graf v chemoinformatice, výstup zpracování obrazu jako matice, …

Podoblasti strojového učení

Terminologie

  • Data, body, případy, měření
  • Atributy, rysy, proměnné, fíčury/features
  • Druhy/typy atributů: kategoriální (např. „A“, „B“, „AB“ nebo „O“ pro krevní skupiny), ordinální (např. „velký“, „střední“ nebo „malý“), strukturované, hierarchické, binární, celočíselné (např. počet výskytů slova v emailu) anebo reálné (např. měření krevního tlaku)

Software

RapidMiner, KNIME, Weka, ODM, Shogun Toolbox, Orange, Apache Mahout a Scikit-Learn jsou softwarové balíky, které obsahují různé algoritmy strojového učení.

Online: Microsoft Azure Machine Learning (Azure ML), TensorFlow (Google)

Hardware

Optimální hardwarová implementace provádění výpočtů umožňuje značně urychlit nalezení výsledku. Používají se různé způsoby:

  • Tensor Processing Unit (TPU) [1] od Google jsou specializované integrované obvody ve formě čipů implementovaných v zařízení TPU (An application-specific integrated circuit (ASIC)), který optimalizuje výpočetní výkon strojového učení.
  • Graphics Processing Unit (GPU) je systém procesorů implementovaných na grafické kartě, původně určený především pro běh počítačových her, kladoucích velké nároky na výpočetní výkon. Na rozdíl od CPU majících k dispozici maximálně 8 nebo 16 výpočetních vláken, GPU jich může využívat až např. 2 048. Pro algoritmizaci učení se pak může užít tzv. CUDA platforma, umožňující programovat v jazycích C++ resp. Fortran, která umožní díky velkému počtu dostupných výpočetních vláken vysoký stupeň paralelizace výpočtu, čímž zvýší výpočetní výkon strojového učení.

Reference

  1. ↑ Google developers: Machine Learning Glossary

Literatura

Související články

Externí odkazy