Strojové učení - co to je a jak funguje? Mrkněte na tuto technologii
Deeply se v neděli změní na: Deeply se mění na Editee Přečíst příběh

Velký průvodce strojovým učením, co to je a jak tato futuristická technologie funguje? Tohle musíte vidět

Ondřej Barták
Ondřej Barták
Ondřej je programátor v Deeply. Volnomyšlenkář, který všechen svůj čas věnuje programování, které je pro něj vším. Aplikaci Deeply píše od počátku fungování.
Velký průvodce strojovým učením, co to je a jak tato futuristická technologie funguje? Tohle musíte vidět

Co je to strojového učení a jaký je jeho význam v moderní době?

 

Strojové učení je podoblastí umělé inteligence, která se zaměřuje na vývoj algoritmů a modelů, umožňujících počítačům “učit se” z dat.

Základní myšlenkou je, že místo toho, aby byl počítačový program explicitně naprogramován k vykonání konkrétní úlohy, je stroji poskytnut soubor dat a algoritmy, které mu umožní pochopit, jak vykonávat danou úlohu na základě těchto dat.

V podstatě, počítačový systém se snaží nalézt vzory v datech a na jejich základě provádět rozhodnutí nebo předpovědi.

Tento způsob učení počítačů není jen technologickou zvědavostí, ale nabízí nesčetné možnosti aplikace v reálném světě.

V moderní době je význam strojového učení podceňovaný.

Použití nalezne u webových vyhledávačů, přes rozpoznávání obrazu v medicíně, po inteligentní asistenty v chytrých telefonech – strojové učení je všude kolem nás a zasahuje do mnoha aspektů našeho života.

Zejména v posledním desetiletí došlo k exponenciálnímu nárůstu dostupnosti dat, což představuje ideální živnou půdu pro rozvoj strojového učení.

V současné době se každou minutu generují petabajty dat, od sociálních médií, obrázky, texty a spousta dalšího. Tato data následně poskytují materiál, z něhož se strojové učení může učit.

V obchodním kontextu strojové učení napomáhá firmám lépe porozumět svým zákazníkům.

Analytické modely, postavené na strojovém učení, jsou schopny rozpoznávat nákupní vzory, predikovat zákaznické chování a dokonce automaticky řešit problémy zákazníků.

Tyto funkce umožňují firmám zvyšovat efektivitu, snižovat náklady a zlepšovat zákaznickou spokojenost.

V medicíně je strojové učení využíváno k diagnostice onemocnění, včetně složitých stavů jako jsou rakovina nebo neurodegenerativní onemocnění.

Pomocí algoritmů strojového učení mohou lékaři rychleji a přesněji analyzovat obrovské množství dat, což by bylo pro člověka téměř nemožné.

V autonomních vozidlech, strojové učení zajišťuje, že auto je schopno zpracovat informace z okolního prostředí a reagovat na ně v reálném čase.

Tím umožňuje bezpečnější a efektivnější provoz, což by bez sofistikovaných algoritmů nebylo možné.

Ve vědeckém výzkumu strojové učení pomáhá v analýze komplexních datových sad.

Například v astronomii mohou algoritmy strojového učení analyzovat obrovské množství dat z teleskopů a pomoci vědcům detekovat nové kosmické objekty, které by jinak zůstaly nepovšimnuty.

Jedním z nejnovějších využití je i v oblasti umění, kde strojové učení pomáhá ve vytváření nových uměleckých děl a obrázků a analýze těch stávajících.

Tím otevírá nové možnosti v chápání a tvorbě umění, které byly dosud považovány za výhradně lidskou doménu.

Nelze opomenout ani etické a společenské otázky, které rozvoj strojového učení přináší.

Od diskusí o náhradě lidské práce až po obavy z potenciálního zneužití, například ve formě masového dohledu nebo vojenských aplikací, je jasné, že strojové učení je technologií, která nás všechny nějakým způsobem ovlivní.

Ve stručnosti, strojové učení se stalo klíčovou technologií 21. století, která zásadně mění, jak chápeme svět kolem nás, jak pracujeme, jak se léčíme a dokonce i jak se bavíme.

Význam strojového učení v moderní době je proto nejen nepopiratelný, ale také nesmírně rozmanitý a mnohdy až neuvěřitelný.

 

Dva hlavní typy strojového učení: učení pod dohledem a učení bez dohledu

 

Strojové učení je fascinující a komplexní disciplínou, která v posledních letech zažívá nebývalý rozmach.

Má potenciál transformovat celou řadu odvětví, od zdravotnictví a vědy po průmysl a obchod.

I když existuje několik různých přístupů a paradigmat k strojovému učení, dva hlavní typy tohoto pole jsou nejčastěji diskutované: učení pod dohledem (Supervised Learning) a učení bez dohledu (Unsupervised Learning).

Tyto dva přístupy představují základní kameny, na nichž je postavena většina strojových učebních aplikací, a jejich porozumění je klíčové pro každého, kdo se chce ponořit do světa umělé inteligence.

Učení pod dohledem je možná nejběžnějším a nejlépe známým typem strojového učení.

Jeho hlavní charakteristikou je, že model je „učen“ na základě označených datových sad, kde každý vzorek má přiřazenou „nálepku“ nebo „výstup“, které se u modelu posléze využívají pro další předpovědi.

Typickým příkladem je klasifikace spamových e-mailů. Model je vyškolen na sadě e-mailů, které jsou označeny jako spam nebo ne-spam, a jeho úkolem je naučit se, jak kategorizovat nové, dosud neviděné e-maily.

Jiné aplikace zahrnují například predikci cen nemovitostí na základě různých vlastností, jako je velikost, umístění nebo stáří budovy.

Výhodou učení pod dohledem je, že pokud máme dostatečně velkou a dobře označenou datovou sadu, může být model velmi přesný.

Navíc, metody učení pod dohledem jsou často snadno interpretovatelné; víme, jaké vstupy vedou k jakým výstupům, což je v některých aplikacích (např. v medicíně) klíčové.

Tento typ strojového učení však má také své nevýhody. Například vytvoření velké, označené datové sady může být nákladné a časově náročné.

Na druhé straně spektra je učení bez dohledu, kde jsou modely učeny na neoznačených datových sadách.

Cílem těchto modelů není předpovědět konkrétní výstup, ale najít struktury a vzory ve vstupních datech.

Tento typ strojového učení je často používán ve shlukování, detekci anomálií a redukci dimenzionality.

Například, v marketingu může být učení bez dohledu použito k segmentaci zákazníků na základě jejich nákupního chování, aniž by bylo dopředu určeno, jaké segmenty existují.

Jedním z hlavních benefitů učení bez dohledu je, že nevyžaduje označená data.

To znamená, že modely mohou být učeny na obrovských datových setech, které by byly příliš nákladné na manuální označení.

Nicméně, výstupy z těchto modelů mohou být obtížně interpretovatelné a nemusí vždy přinést jednoznačné a praktické výsledky.

I když se mohou zdát tyto dva typy strojového učení jako odlišné, často jsou používány společně v kombinovaných přístupech, známých jako semi-supervised learning nebo reinforcement learning, které kombinují výhody obou metod.

Tyto hybridní modely mohou být extrémně účinné a nacházejí uplatnění v široké paletě aplikací od analýzy genového výzkumu až po autonomní vozidla.

V současnosti, kdy data hrají tak významnou roli ve všech aspektech našeho života, je porozumění těmto dvěma klíčovým typům strojového učení zásadní.

Oba přístupy mají své silné a slabé stránky, a výběr mezi nimi závisí na specifických potřebách projektu, typu dostupných dat a požadovaných výsledcích.

Učení pod dohledem je často „jistější sázkou“ pro projekty, kde přesnost a interpretovatelnost jsou klíčové, zatímco učení bez dohledu je ideální pro explorativní analýzu a objevování neznámých vzorů ve velkých datových sadách.

Obě metody však budou i nadále klíčovými stavebními kameny v rychle se rozvíjejícím světě strojového učení a umělé inteligence.

 

Objasnění, co jsou to strojové algoritmy s učením pod dohledem a bez dohledu a jak se vlastně liší

 

Strojové učení je nyní více než kdy jindy jedním z nejdůležitějších pilířů technologického pokroku.

Pohání vše od doporučovacích systémů, které nám navrhují, co si přečíst nebo jakou hudbu poslouchat, až po medicínské diagnózy a finanční prognózy.

Vzhledem k takovému významu a široké aplikaci je nezbytné porozumět základním typům strojového učení a rozumět tomu, jak se od sebe liší.

Tento odstavec má za cíl objasnit, co jsou to strojové algoritmy s učením pod dohledem a bez dohledu a jak se tyto dvě kategorie od sebe liší.

 

Strojové učení pod dohledem (Supervised Learning)

Strojové učení pod dohledem je proces, ve kterém model předpovídá nebo klasifikuje výstupy na základě vstupních dat.

Tento typ strojového učení zahrnuje tréninkovou fázi, kdy je model “učen” na základě historických dat, která jsou označena.

Jinými slovy, každá datová jednotka v tréninkové sadě je spárována s konkrétním výstupem, jako je například kategorie (“kočka” nebo “pes”) nebo hodnota (cena domu). Poté, co je model daty naučen, může být použit k předpovědím nebo klasifikacím nových, neoznačených dat.

Supervised learning má mnoho praktických aplikací, například ve finančním sektoru pro hodnocení rizik úvěrů, v zdravotnictví pro diagnostiku onemocnění, nebo v e-commerce pro personalizaci nabídek.

Výhodou tohoto přístupu je, že jeho výsledky jsou často snadno interpretovatelné a že je možné dosáhnout vysoké úrovně přesnosti, pokud jsou tréninková data dostatečně reprezentativní.

 

Strojové učení bez dohledu (Unsupervised Learning)

Na druhou stranu, strojové učení bez dohledu se zabývá modely, které se snaží najít vztahy a struktury ve vstupních datech, aniž by byly navedeny konkrétním výstupem.

To znamená, že data nejsou označena a model se snaží najít vztahy mezi datovými jednotkami na základě jejich vlastností.

Tento typ učení je často používán ve shlukování, redukci dimenzionality, nebo detekci anomálií.

Například v obchodě může být algoritmus bez dohledu použit k identifikaci skupin zákazníků s podobným nákupním chováním, aniž by bylo předem určeno, jaké tyto skupiny jsou.

V oblasti zabezpečení může být použit k identifikaci neobvyklých vzorců v síťovém provozu, což by mohlo signalizovat neautorizovaný přístup.

 

Jak se tyto druhy strojového učení liší?

Hlavním rozdílem mezi strojovým učením pod dohledem a bez dohledu je přítomnost “návodu” ve formě označených dat v případě prvního typu.

Zatímco učení pod dohledem vyžaduje, aby byla data označena a často vyžaduje rozsáhlé úsilí na přípravu těchto dat, učení bez dohledu je schopno pracovat se “surovými”, neoznačenými daty, což činí tento přístup flexibilním a široce uplatnitelným.

Další rozdíl spočívá v přesnosti a interpretovatelnosti.

Modely založené na učení pod dohledem jsou často snadno interpretovatelné a mohou dosáhnout vysokého stupně přesnosti, zatímco modely založené na učení bez dohledu mohou být obtížněji interpretovatelné, protože neexistuje jasný “správný” výstup, na který by mohl být model ověřen.

 

Co k tomu dodat?

Porozumění těmto dvěma základním formám strojového učení je klíčové pro každého, kdo se chce zapojit do tohoto vzrušujícího a rychle se rozvíjejícího oboru.

Obě metody přinášejí jedinečné výhody i omezení, a často je nejlepší strategií kombinovat je tak, aby se maximalizovaly jejich silné stránky a minimalizovaly slabiny.

V konečném důsledku, ať už si vyberete jakýkoli přístup, je dobré mít na paměti, že strojové učení je nástroj a to, jak jej použijete, závisí na vašich konkrétních potřebách, očekáváních a dostupných zdrojích.

 

Co je strojové učení pod dohledem (Supervised Learning)?

 

Definice

Strojové učení pod dohledem je metoda, ve které model strojového učení je naučen na základě historických dat s označením.

Tato data obsahují vstupy spolu s odpovídajícími výstupy a model se snaží odhalit vztah, který spojuje vstup s výstupem.

Jakmile je tento vztah modelován či popsán, model je schopen předpovídat výstupy pro nová, neoznačená data.

 

Charakteristika

Tréninková fáze: Jedním z nejcharakterističtějších prvků učení pod dohledem je fáze tréninku, během kterého je model „učen“ na základě historických, označených dat.

 

Validace a Testování: Po tréninku následuje validace a testování, kdy se model testuje na nových datech, aby se ověřila jeho spolehlivost a přesnost.

Označená data: Za použití označených dat se model snaží předpovědět výsledek na základě vstupních charakteristik.

Prediktivní modelování: Cílem je vytvořit model, který dokáže s vysokou mírou přesnosti predikovat výsledky na základě nových vstupů.

Různé algoritmy: Existuje řada algoritmů, které se používají pro učení pod dohledem, včetně lineární regrese, logistické regrese, rozhodovacích stromů, náhodných lesů a neuronových sítí.

Široká škála aplikací: Od finančního sektoru až po zdravotní péči, učení pod dohledem se používá ve velkém množství průmyslových odvětví.

 

Aplikace

Učení pod dohledem je neobyčejně univerzální.

V medicíně se používá k diagnostice chorob, v autonomních vozidlech k navigaci, v marketingu k segmentaci zákazníků a používá se i v mnoha dalších oblastech.

 

Výzvy a omezení

Potřeba označených dat: Shromažďování označených dat může být časově náročné a drahé.

Riziko přeučení: Model může být “přeučený”, což znamená, že se příliš zaměřuje na tréninková data a má pak problém s generalizací na nová data.

– Komplexnost modelů: Větší modely mohou být výpočetně náročné a těžké na interpretaci.

 

Budoucnost učení pod dohledem

 

Jako jedna z nejdůležitějších oblastí v strojovém učení je učení pod dohledem stále v procesu rychlého vývoje.

Nejenže se neustále vylepšují algoritmy a metody, ale také se objevují nové způsoby, jak tento typ učení integrovat do stávajících systémů a aplikací.

V konečném důsledku je strojové učení pod dohledem neocenitelným nástrojem v arsenálu datové vědy a umělé inteligence. Jeho schopnost efektivně modelovat a predikovat výsledky na základě datových vzorů je základním kamenem mnoha moderních technologických aplikací.

Jeho význam a přítomnost v moderním světě budou nadále růst, poskytujíce nespočet příležitostí pro inovace a zlepšení v nejrůznějších oblastech.

 

Příklady použití učení pod dohledem (Supervised Learning)

 

Učení pod dohledem (Supervised Learning) je jedním z nejvíce používaných a efektivních přístupů ve strojovém učení.

Jeho aplikace zasahují do různých odvětví, a tak přináší hodnotu v nejrůznějších kontextech.

Abyste získali lepší porozumění o této metodě, tak nyní prozkoumáme několik konkrétních příkladů použití učení pod dohledem.

 

Klasifikace e-mailů

Jeden z nejvíce rozšířených příkladů je filtrace a klasifikace e-mailů.

Algoritmy strojového učení pod dohledem jsou používány k automatickému rozpoznávání spamu.

Zde se model natrénuje na základě velkého počtu e-mailů, které jsou označeny jako spam nebo ne-spam.

Po tréninku může model automaticky klasifikovat nově příchozí e-maily a s vysokou pravděpodobností určit, zda jde o spam.

 

Predikce cen nemovitostí

Dalším významným příkladem je predikce cen nemovitostí.

Tento model se trénuje na historických datech, která obsahují různé charakteristiky nemovitostí, jako je umístění, počet ložnic, celková plocha a další, spolu s jejich aktuálními tržními cenami.

Po tréninku model dokáže odhadnout cenu nové nemovitosti na základě těchto charakteristik.

 

Detekce podvodů v platebním styku

Ve finančním sektoru se učení pod dohledem používá k identifikaci podezřelých transakcí.

Model se trénuje na záznamech transakcí, které jsou označeny jako legitimní nebo podvodné.

Po tomto tréninku je model schopen identifikovat nové transakce, které mají vysokou pravděpodobnost podvodné aktivity.

 

Doporučovací systémy

Mnoho online obchodů a streamingových služeb používá učení pod dohledem k doporučení produktů nebo obsahu uživatelům.

Zde se model trénuje na historických datech o preferencích uživatelů a interakcích s produkty nebo obsahem.

Po tréninku je model schopen předpovědět, jaké produkty nebo obsah by mohly být pro uživatele relevantní.

 

Diagnostika v medicíně

V medicíně může být učení pod dohledem použito k automatické diagnostice chorob na základě medicínských snímků, testovacích výsledků a dalších datových bodů.

Zde modely mohou například odhalit známky rakoviny na rentgenových snímcích, nebo predikovat riziko srdečních onemocnění na základě sérií testů a pacientových dat.

 

Sentimentová analýza

Strojové učení pod dohledem se také široce používá v analýze textu.

Modely natrénované na označených textových datech mohou rozpoznat, zda je daný text pozitivní, neutrální nebo negativní.

Tento přístup se často používá v marketingových analýzách, analýzách sociálních médií a zákaznické podpoře.

 

Predikce počasí

Ačkoliv predikce počasí obvykle využívají složitějších metod, existují modely, které používají učení pod dohledem k předpovědi lokálního počasí na základě historických dat.

 

Výzvy a omezení

Ačkoliv učení pod dohledem je silným nástrojem, existují výzvy a omezení.

Například, kvalitní označená data mohou být obtížné a nákladné na získání.

Přeučení je dalším potenciálním problémem, kdy si model příliš “zapamatuje” tréninková data a špatně se generalizuje na nová data.

Význam učení pod dohledem v moderní technologii je stále větší.

Jeho schopnost efektivně řešit různorodé problémy představuje krok vpřed v automatizaci a inteligenci, které se nyní široce ve společnosti využívají.

Ačkoliv je před námi ještě dlouhá cesta k dokonalosti, jedno je jisté: učení pod dohledem bude i nadále jedním z pilířů rozvoje umělé inteligence.

 

Jaké jsou výhody a nevýhody učení pod dohledem?

 

Učení pod dohledem je, jak jsem již psal, jedním z nejrozšířenějších a nejúspěšnějších typů strojového učení.

V této metodě se model trénuje na označených datech, což znamená, že každý vzorek dat má odpovídající výstupní hodnotu nebo štítek.

Po tréninku je model schopen předpovědět výstupy pro nová, neoznačená data. V této rozsáhlé diskuzi se zaměříme na výhody a nevýhody učení pod dohledem.

 

Výhody učení pod dohledem

 

Přesnost

Jednou z největších výhod učení pod dohledem je jeho schopnost dosáhnout vysoké úrovně přesnosti.

Když máme k dispozici dostatečně velký a reprezentativní tréninkový soubor, můžeme model efektivně generalizovat na nová data.

 

Interpretovatelnost

Mnohé algoritmy učení pod dohledem, jako jsou lineární regrese nebo rozhodovací stromy, jsou relativně jednoduché a snadno interpretovatelné.

To umožňuje lepší porozumění tomu, jak model funguje a jaké vlastnosti jsou důležité pro předpovědi.

 

Široká škála aplikací

Učení pod dohledem se používá ve velkém množství aplikací: od medicínské diagnostiky, finančního modelování až po autonomní vozidla.

Jeho flexibilita a přesnost z něj činí ideální volbu pro řešení komplexních problémů.

 

Rychlost nasazení

Modely učení pod dohledem jsou často rychlejší na trénink a validaci, protože mají jasné cíle ve formě označených dat.

To umožňuje rychlé iterace a ladění modelu.

 

Nevýhody učení pod dohledem

 

Potřeba označených dat

Jednou z největších nevýhod je potřeba velkého množství označených dat pro trénink.

Označování dat je často časově náročné a nákladné, a v některých případech téměř nemožné (např. v medicíně, kde je potřeba odborného znalostního dohledu).

 

Přeučení (Overfitting)

V situacích, kdy je model příliš komplexní nebo když je tréninkový dataset malý, model se může “přeučit”.

To znamená, že se model stane příliš specifickým pro tréninková data a ztrácí schopnost generalizovat na nová data.

 

Omezená schopnost objevování

Učení pod dohledem je omezeno na otázky, na které už známe odpovědi.

Model je schopen pouze nalézt vzory, které odpovídají jeho tréninkovým datům, a nemůže objevovat nové vztahy nebo anomálie, které nebyly v datech zaznamenány.

 

Náchylnost k zkreslení

Pokud jsou tréninková data zkreslená nebo neúplná, model bude také zkreslený.

Toto je velký problém ve veřejném sektoru, například v justici nebo ve zdravotní péči, kde zkreslení může vést k nespravedlivým nebo neetickým výsledkům.

Učení pod dohledem je mocným nástrojem v oblasti strojového učení s řadou výhod, jako je vysoká přesnost a široká škála aplikací.

Avšak s těmito výhodami přicházejí i nevýhody, například potřeba označených dat a riziko přeučení.

Proto je důležité přistupovat k nasazení těchto modelů s plným porozuměním jejich omezením a potenciálním dopadem.

 

Co je to strojové učení bez dohledu (Unsupervised Learning)

 

strojové učení bez dohledu

 

 

V kontextu strojového učení je “učení bez dohledu” (Unsupervised Learning) jedním z klíčových přístupů k analýze dat.

Na rozdíl od učení pod dohledem, kde máme tréninková data s přesně označenými výstupy (štítky), v učení bez dohledu tréninková data tato označení nemají.

Cílem je najít v datech nějakou strukturu, jako jsou shluky, vztahy, nebo distribuce. V této části se podíváme na definici a charakteristiku učení bez dohledu.

 

Definice strojového učení bez dohledu

Učení bez dohledu je typ strojového učení, ve kterém model analyzuje a modeluje data, která nebyla předem označena, kategorizována nebo klasifikována.

V zásadě se model snaží porozumět struktuře dat bez konkrétního “učitele”, který by mu řekl, jaký je “správný” výstup.

 

Charakteristika

 

Samoorganizace

Jelikož model není veden konkrétním cílem, musí najít způsob, jak se “samoorganizovat” a naučit se něco užitečného z dat.

To zahrnuje nalézt v datech nějakou inherentní strukturu nebo vzory.

 

Flexibilita

Učení bez dohledu je obvykle flexibilnější než učení pod dohledem.

Protože neexistuje pevně daný cíl, model může použít různé metody a přístupy k analýze dat.

 

Výzkumný nástroj

Vědci a analytici často používají metody učení bez dohledu jako výzkumný nástroj pro explorativní analýzu dat.

To jim umožňuje lépe porozumět datovým setům a identifikovat potenciální oblasti pro další výzkum nebo aplikace strojového učení.

 

Shlukování a redukce dimenzionality

Dvěma nejběžnějšími úkoly v učení bez dohledu jsou shlukování (clustering) a redukce dimenzionality.

Shlukování spočívá v rozdělení datasetu na skupiny na základě podobnosti mezi datovými body.

Redukce dimenzionality se snaží převést data do nižší dimenze, přičemž zachovává co nejvíce užitečných informací.

 

Hluboké učení

Učení bez dohledu je také klíčovým prvkem v oblasti hlubokého učení, kde se používá pro pre-trénování modelů, generativní úkoly, nebo pro učení reprezentací dat.

 

Škálovatelnost

Vzhledem k absenci potřeby označených dat je učení bez dohledu obvykle snazší a levnější na škálování.

Modely lze trénovat na velkých datových setech bez nutnosti manuálního označování, což je obvykle časově náročné a nákladné.

Učení bez dohledu je tedy skvělý a komplexní oblastí strojového učení, která nabízí mnoho možností pro analýzu a modelování dat.

Zatímco absence označených tréninkových dat představuje výzvu v kontextu tradičního strojového učení, v učení bez dohledu to otevírá dveře k objevování nových vzorů a struktur.

Tento přístup je mimořádně hodnotný ve vědeckém výzkumu, průmyslových aplikacích a v řadě dalších oblastí, kde je třeba porozumět velkým a komplexním datovým setům.

 

Příklady použití strojového učení bez dohledu

 

V moderní době, kdy se generuje obrovské množství dat, je jedním z hlavních výzev jejich efektivní analýza a využití.

Zde přichází na řadu strojové učení a jeho různé podkategorie. Jednou z těchto podkategorií je “učení bez dohledu” (Unsupervised Learning), které je zvláště vhodné pro situace, kde nemáme k dispozici označená data.

Pojďme se tedy podívat na příklady použití učení bez dohledu, jako jsou detekce anomálií a segmentace zákazníků.

 

Detekce anomálií

 

Co je to detekce anomálií?

Detekce anomálií je proces identifikace vzorů v datech, které neodpovídají očekávanému chování.

Tento typ analýzy je velmi užitečný ve finančním sektoru, kybernetické bezpečnosti, zdravotnictví a dalších odvětvích, kde je kritické rychle rozpoznat odchylky.

 

Jak to funguje?

Algoritmy pro detekci anomálií, jako je Isolation Forest, One-Class SVM nebo DBSCAN, se trénují na “normálních” datech. Jakmile model “pozná” strukturu těchto dat, může identifikovat bodové nebo sekvenční odchylky, které jsou považovány za anomálie.

 

Příklady v praxi

Finanční sektor: Detekce podvodných transakcí a anomálního obchodního chování.

Zdravotnictví: Identifikace neobvyklých vzorců v medicínských datech, což by mohlo indikovat nemoc nebo jiné zdravotní problémy.

 

Segmentace zákazníků

 

Co je to segmentace zákazníků?

Segmentace zákazníků je proces rozdělení zákazníků do skupin na základě různých charakteristik, jako jsou nákupní návyky, demografie nebo interakce s produkty a službami.

Tento proces je klíčový pro marketing a obchodní strategie.

 

Jak to funguje?

Zde se často používají shlukovací algoritmy, jako je k-means, hierarchické shlukování nebo DBSCAN.

Tyto algoritmy rozdělují zákazníky do skupin na základě podobnosti v různých dimenzích, což umožňuje firmám cíleněji a efektivněji oslovovat své zákazníky.

 

Příklady v praxi

Retail: Přizpůsobení marketingových kampaní na základě segmentace zákazníků.

Online služby: Personalizace uživatelského rozhraní a doporučení na základě chování a preferencí zákazníků.

 

Strojové učení bez dohledu není jen akademickým konceptem, ale nástrojem s reálnými aplikacemi, které mají významný dopad na různé průmyslové sektory.

Jeho flexibilita a schopnost pracovat s neoznačenými daty jej činí ideálním pro detekci anomálií, kde je klíčová rychlá identifikace neobvyklých vzorů, a pro segmentaci zákazníků, což je nezbytné pro efektivní marketing a prodejní strategie.

Tento typ strojového učení se stává stále důležitějším v nástrojové sadě datových vědců a analytiků.

 

Algoritmy používané v učení bez dohledu (např. k-means, hierarchické shlukování)

 

Strojové učení bez dohledu je jedním z klíčových pilířů moderního strojového učení a umělé inteligence.

Na rozdíl od učení pod dohledem, které pracuje s anotovanými daty, se strojové učení bez dohledu soustředí na analýzu neoznačených dat.

Tento typ strojového učení se používá v různých oblastech, od detekce anomálií po segmentaci zákazníků.

 

K-means

 

Co to je?

K-means je jedním z nejznámějších algoritmů v učení bez dohledu.

Je to shlukovací algoritmus, který data rozděluje do ‘k’ skupin na základě jejich podobnosti.

 

 

Jak to funguje?

– Inicializace: Zvolíme ‘k’ středů shluků náhodně.

– Přiřazení: Každý bod je přiřazen k nejbližšímu středu.

– Aktualizace: Nové středy shluků se vypočítají jako průměry bodů ve shluku.

– Opakování: Kroky 2 a 3 se opakují, dokud středy shluků konvergují.

 

Příklady použití

– Segmentace zákazníků v obchodě

– Rozpoznávání obrazů

– Analýza sociálních sítí

 

Hierarchické shlukování

 

Co to je?

Hierarchické shlukování je další metoda, která nám umožňuje rozdělit data do skupin na základě podobnosti, ale na rozdíl od k-means, vytváří hierarchickou strukturu mezi shluky.

 

Jak to funguje?

Každý bod je považován za jednobodový shluk.

Nejbližší shluky jsou spojeny do nového, většího shluku.

Postup se opakuje, dokud nevznikne jediný, obsáhlý shluk.

 

Příklady použití

Genealogické a fylogenetické stromy

Analýza textových dokumentů

Doporučovací systémy

 

Výhody a nevýhody k-means a hierarchického shlukování

 

Výhody

K-means: Rychlý, efektivní na velkých datech, snadno pochopitelný.

Hierarchické shlukování: Nevyžaduje předem definovaný počet shluků, poskytuje hlubší pochopení struktury dat.

 

 

Nevýhody

K-means: Musíte znát počet shluků předem, náchylný k náhodné inicializaci.

Hierarchické shlukování: Výpočetně náročný, neefektivní na velkých datech.

 

Strojové učení bez dohledu je nesmírně flexibilní a robustní metoda, která se uplatňuje v různých odvětvích.

Ačkoli neexistuje univerzální algoritmus vhodný pro všechny účely, k-means a hierarchické shlukování jsou dvě základní techniky, které nabízejí silné nástroje pro analýzu neoznačených dat.

Každá z těchto metod má své vlastní výhody a nevýhody, a výběr mezi nimi závisí na konkrétních potřebách projektu.

Oba tyto algoritmy jsou důležitými stavebními kameny v nástrojové sadě každého datového vědce.

 

Výhody a nevýhody strojové učení bez dohledu (Unsupervised Learning)

 

Výhody učení bez dohledu

 

1. Vícestrannost dat

Učení bez dohledu se zabývá neoznačenými daty, což znamená, že je možné ho použít na širokém spektru datových typů a formátů.

To dává vědcům a analytikům větší svobodu v experimentování a analýze.

 

2. Náklady na označování dat

Učení pod dohledem často vyžaduje označená data, což může být časově náročné a drahé. Učení bez dohledu je ekonomicky efektivnější, protože nevyžaduje tento krok.

 

3. Odhalení skrytých vzorů

Jelikož algoritmy učení bez dohledu nejsou zatíženy cílovými označeními, jsou schopné identifikovat skryté vzory a korelace v datech, které by mohly zůstat přehlédnuty.

 

 

4. Flexibilita

Výzkum v této oblasti je velmi flexibilní a umožňuje návrh komplexních modelů, které lze použít v různých aplikacích od analýzy obrazů po finanční modelování.

 

5. Škálovatelnost

Algoritmy, jako jsou k-means, jsou relativně jednoduché na implementaci a lze je efektivně škálovat pro práci s velkými datovými sady.

 

Nevýhody učení bez dohledu

 

 

1. Menší přesnost

Učení bez dohledu nemá schopnost využívat označená data jako vodiče, což znamená, že jeho přesnost v predikcích nebude obvykle tak vysoká jako u učení pod dohledem.

 

2. Obtížná interpretace

Některé algoritmy učení bez dohledu mohou vytvářet komplexní modely, které jsou obtížně interpretovatelné. To může být problém v aplikacích, kde je interpretace důležitá, například v medicíně.

 

3. Riziko přeučení

Pokud data obsahují velké množství šumu nebo nejsou dobře strukturována, algoritmy učení bez dohledu mohou model přeučit, což vede k nesprávným nebo nežádoucím výsledkům.

 

4. Časová a výpočetní náročnost

Některé metody, jako hierarchické shlukování, mohou být velmi výpočetně náročné, zejména když se jedná o velké sady dat.

 

 

5. Omezení v komplexnosti modelu

Některé úlohy jsou příliš komplexní na to, aby je bylo možné efektivně řešit bez označených dat, což omezuje uplatnění učení bez dohledu v těchto situacích.

 

Strojové učení bez dohledu je fascinující a flexibilní nástroj v rukou datových vědců a analytiků.

Přestože má řadu výhod, jako je schopnost práce s neoznačenými daty a odhalování skrytých vzorů, nese s sebou i několik významných nevýhod, včetně potenciálně nižší přesnosti a obtíží v interpretaci.

Jak je vidět, každá metoda strojového učení má své vlastní silné a slabé stránky, a učení bez dohledu není výjimkou.

Jako vždy je klíčové pochopit kontext, ve kterém se algoritmus používá, a zvážit, jaké kompromisy jsou přijatelné pro konkrétní projekt nebo úlohu.

 

Typy dat: označená vs. neoznačená

Jeden z největších faktorů, který ovlivňuje výběr mezi učením pod dohledem a učením bez dohledu ve strojovém učení, je typ dat, který je k dispozici.

Data mohou být buď označená, což je ideální pro učení pod dohledem, nebo neoznačená, což je obvykle přednostní pro učení bez dohledu.

V tomto odstavci se zaměříme na hlavní rozdíly mezi těmito dvěma typy dat a jak ovlivňují volbu algoritmu ve strojovém učení.

 

Typy dat: Označená

 

Charakteristika označených dat

Označená data jsou data, u kterých jsou přiřazeny určité štítky nebo třídy, které jasně identifikují výstup, který se snažíme předpovědět.

Tyto štítky mohou být jakékoliv hodnoty, od kategorií až po čísla.

 

Použití označených dat

Tyto data jsou základem pro učení pod dohledem.

Příklady použití zahrnují klasifikaci e-mailů jako spamové nebo legitimní, predikci cen nemovitostí nebo diagnostiku lékařských stavů.

 

 

Zdroje označených dat

Označená data obvykle pocházejí z ručního označování odborníky, což může být časově náročné a nákladné.

Nicméně, vědecká společnost a průmysl začínají vytvářet společné repozitáře označených dat, které jsou volně dostupné.

 

Výhody a nevýhody označených dat

Výhody označených dat spočívají především ve vysoké přesnosti modelů, které je používají.

Nevýhody jsou spojeny s náklady na získání takových dat a potenciální zkreslení výsledků kvůli chybám v označení.

 

Typy dat: Neoznačená

 

Charakteristika neoznačených dat

Neoznačená data jsou opakem označených dat; neobsahují žádné doprovodné štítky nebo třídy.

Data jsou “surová” a není jasné, jaké skryté vzory v nich mohou být.

 

 

Použití neoznačených dat

Učení bez dohledu je ideální pro neoznačená data.

Příklady použití zahrnují detekci anomálií, segmentaci zákazníků a analýzu sentimentu v textech.

 

 

Zdroje neoznačených dat

Neoznačená data jsou obvykle snadno dostupná.

Mohou to být například textové dokumenty, logy z webových serverů, nebo fotografie a videa, které nemají přiřazeny žádné štítky.

 

 

Výhody a nevýhody neoznačených dat

Výhody neoznačených dat zahrnují nízké náklady na získání a schopnost odhalit skryté vzory v datech. Nevýhody mohou zahrnovat nižší přesnost modelů a obtíže s interpretací výsledků.

 

 

Hlavní rozdíly

 

Způsob použití: Označená data jsou obvykle používána pro učení pod dohledem, zatímco neoznačená pro učení bez dohledu.

Dostupnost a náklady: Označená data jsou obvykle dražší a náročnější na získání, zatímco neoznačená data jsou často snadno dostupná.

Přesnost vs. explorace: Označená data často vedou k modelům s větší přesností, zatímco neoznačená data jsou užitečná pro explorativní analýzu a detekci nových vzorů.

 

Označená a neoznačená data mají své vlastní silné a slabé stránky, a výběr mezi nimi často závisí na konkrétních potřebách projektu.

Označená data jsou klíčová pro modely, které vyžadují vysokou přesnost, ale jejich získání je často nákladné.

Na druhé straně, neoznačená data jsou dostupnější a nabízejí možnost objevení nových, neprobádaných vzorů v datech.

Ať už je váš výzkum zaměřen na kteroukoliv stranu, důležité je pečlivě zvážit, který typ dat je pro vaši aplikaci nejvhodnější.

 

Cíle a aplikace: Učení pod dohledem

 

Predikce

V rámci učení pod dohledem je hlavním cílem predikce.

Algoritmy jsou trénovány na základě označených dat, aby se naučily předpovědět výstup na základě nových, dosud neviděných vstupů.

Tento typ učení je nejčastěji používán v aplikacích, kde je potřeba konkrétního výstupu na základě daného vstupu.

 

Aplikace

Příklady zahrnují klasifikaci (např. spamové e-maily vs. legitimní e-maily), regresi (např. predikce cen nemovitostí na základě různých parametrů), zpracování obrazu (např. rozpoznávání obličejů), automatické řízení (např. autonomní vozidla), finanční modelování a mnoho dalších.

 

Cíle a aplikace: Učení bez dohledu

 

strojové učení pod dohledem

 

Objevování struktury

Učení bez dohledu se od svého protějšku pod dohledem výrazně liší.

Hlavním cílem je zde objevování struktury v datech.

Tento přístup je používán, když máme k dispozici velké množství neoznačených dat a cílem je najít v nich určité vzory nebo struktury.

 

Aplikace

Typické aplikace zahrnují detekci anomálií (např. detekce podvodných transakcí), shlukování (např. segmentace zákazníků v obchodě), redukci dimenzionality dat (např. analýza hlavních komponent), přirozený jazyk (např. tématové modelování) a také ve vizualizaci dat.

 

Hlavní rozdíly

Cíl: Učení pod dohledem se zaměřuje na predikci, zatímco učení bez dohledu se zaměřuje na objevování struktury.

Typ dat: Učení pod dohledem vyžaduje označená data, zatímco učení bez dohledu může pracovat s neoznačenými daty.

Aplikace: Aplikace učení pod dohledem jsou často spojeny s konkrétními odvětvími, jako jsou finance, zdravotnictví a doprava. Na druhou stranu, učení bez dohledu je často používáno v oblastech, kde je cílem porozumění datům, jako je sociologie, marketing nebo literární analýza.

Komplexnost modelu: Učení pod dohledem často vyžaduje složitější modely, protože je cílem dosáhnout co nejvyšší přesnosti predikce. Učení bez dohledu může často používat jednodušší modely, protože hlavním cílem je objevení struktury.

Náklady na přípravu dat: Učení pod dohledem může být nákladné, pokud je potřeba shromáždit velké množství označených dat. Učení bez dohledu je obvykle méně nákladné v tomto ohledu.

 

Ačkoliv se učení pod dohledem a učení bez dohledu mohou zdát na první pohled velmi podobné, mají zcela odlišné cíle a aplikace.

Zatímco učení pod dohledem je excelentní ve vytváření modelů pro predikci, učení bez dohledu je nepostradatelné pro objevování struktur a vzorů v neoznačených datech.

Rozumění těmto rozdílům je klíčové pro výběr správného přístupu v konkrétním projektu.

 

 

Praktické příklady a použití v průmyslu: Jaké firmy používají který typ strojového učení a proč

 

Strojové učení se stalo neodmyslitelnou součástí moderního průmyslu, a to ve všech jeho odvětvích.

Různé typy strojového učení mají různé aplikace, a proto firmy vybírají typ strojového učení, který je pro ně nejvhodnější.

Některé firmy používají kombinaci obou typů, zatímco jiné se zaměřují striktně na jeden typ.

Následují příklady průmyslových sektorů a konkrétních firem, které efektivně využívají různé typy strojového učení.

 

 

Učení pod dohledem

Finance: Goldman Sachs a další investiční banky používají učení pod dohledem pro predikci akciových cen a optimalizaci portfolia. Důvodem je, že tyto firmy potřebují přesné a spolehlivé modely pro finanční analýzy.

Zdravotnictví: Společnosti jako DeepMind a IBM Watson zpracovávají velké množství medicínských dat, od rentgenových snímků po genové sekvence, s cílem pomoci lékařům v diagnostice a léčbě. Učení pod dohledem je zde klíčové, protože každá chyba může mít vážné důsledky.

Automobilový průmysl: Tesla a Waymo využívají učení pod dohledem v autonomních vozidlech, kde je potřeba spolehlivého rozpoznávání objektů a predikce jejich pohybu.

Retail: Amazon a Walmart používají učení pod dohledem pro optimalizaci skladištní logistiky a personalizaci nabídek pro zákazníky.

 

Učení bez dohledu

Marketing: Společnosti jako Adobe a Salesforce využívají učení bez dohledu pro segmentaci zákazníků a analýzu trhu. Cílem je identifikovat skryté vzory v chování zákazníků.

Energetika: GE a Siemens používají algoritmy pro detekci anomálií ve velkých datových tocích z průmyslových zařízení, aby předešly poruchám.

Média a zábava: Netflix a Spotify používají učení bez dohledu pro doporučování obsahu. Tento typ strojového učení jim umožňuje odhalit skryté vzory v preferencích uživatelů.

Kybernetická bezpečnost: Firmy jako Darktrace a CrowdStrike používají učení bez dohledu k detekci netradičních a sofistikovaných kybernetických útoků, které nejsou možné odhalit tradičními metodami.

 

Kombinace obou

Google, Facebook a Microsoft jsou příklady firem, které efektivně kombinují oba typy strojového učení.

Například v oblasti strojového překladu a rozpoznávání obrazu je často potřeba jak označená, tak neoznačená data, a tím pádem i kombinace učení pod dohledem a bez dohledu.

Různé odvětví a firmy mají různé potřeby a cíle, a proto se rozhodují pro různé typy strojového učení.

Chápání těchto nuancí je klíčové pro pochopení, jak strojové učení může být efektivně využity v praxi.

Zatímco učení pod dohledem je často využíváno v situacích, kde je potřeba přesná predikce a klasifikace, učení bez dohledu je ideální pro situace, kde je cílem objevení skrytých vzorů nebo struktur v datech.

 

Tak co? Zkusíte strojové učení a AI?

 

Vyzkoušejte si zdarma na 5 dní aplikaci Deeply, která tyto moderní technologie již využívá.

Napište s lehkostí texty jako je tento, vytvořte reklamy, příspěvky na sociální sítě, případně vytvořte grafické kreativy, které Vaše publikum zaujmou.

Na co čekáte?

Umělá inteligence je tu, buďte u toho jako první a dříve, než Vaše konkurence!

 

Zpět na blog
Vyzkoušejte si aplikaci na umělou inteligenci zcela zdarma, Deeply AI
Na co ještě čekáte? Objevte potenciál AI a buďte 10x produktivnější!
robot Deeply ai logoVyzkoušet deeply zdarma

Copyright 2024 Deeply.cz, všechna práva vyhrazena.

Tato webová stránka ukládá soubory cookies. Používáním této stránky s tímto vyjadřujete souhlas.Podrobnosti o účelu a rozsahu zpracování naleznete v odkazu Cookies v Důležitých informacích.Pokud s ukládáním nesouhlasíte, opusťte, prosím, stránku.