題目: Machine learning and the physical sciences
摘要:
機器學習(ML)包含廣泛的算法和建模工具,用于大量的數據處理任務,這些任務近年來已經進入大多數科學學科。本文有選擇地回顧了機器學習與物理科學接口的最新研究進展。這包括由物理洞察力驅動的ML的概念發展,機器學習技術在物理中的幾個領域的應用以及這兩個領域之間的交叉。在介紹了機器學習方法和原理的基本概念之后,舉例說明了如何用統計物理來理解ML中的方法,然后介紹了ML方法在粒子物理和宇宙學、量子多體物理、量子計算、化學和材料物理中的應用。此外,還強調了針對加速ML的新型計算體系結構的研究和開發。每個部分都描述了最近的成功以及特定領域的方法和挑戰。
作者簡介:
Giuseppe Carleo于2018年加入了位于美國計算量子物理中心的Flatiron研究所。2007年,他在羅馬大學獲得物理學學士學位;2011年,他在意大利國際高等研究學院獲得凝聚態理論博士學位。他在法國光學研究所和瑞士蘇黎世聯邦理工學院獲得博士后。他也是蘇黎世聯邦理工學院計算量子物理學的講師。Carleo的主要研究方向是發展先進的數值算法來研究強相互作用量子系統的挑戰性問題。他的研究應用范圍包括凝聚態物質、超冷原子和量子計算。他對量子蒙特卡羅方法的發展做出了貢獻,包括平衡和動態特性,包括時變蒙特卡羅和神經網絡量子態。在CCQ,他正在開發和推廣基于人工智能的新技術來解決量子問題。他是開源項目NetKet的創始人和開發負責人。
機器學習(ML)是一組用于發現數據關系的編程技術。使用ML算法,您可以對數據進行聚類和分類,以執行建議或欺詐檢測之類的任務,并對銷售趨勢、風險分析和其他預測進行預測。機器學習曾經是學術數據科學家的領域,現在已經成為主流的業務流程,而像易于學習的R編程語言這樣的工具將高質量的數據分析交到任何程序員的手中。《使用R、tidyverse和mlr的機器學習》將教會您廣泛使用的ML技術,以及如何使用R編程語言及其強大的工具生態系統將它們應用于您自己的數據集。這本書會讓你開始!
對這項技術
機器學習技術準確而有效地識別數據中的模式和關系,并使用這些模型對新數據進行預測。ML技術甚至可以在相對較小的數據集上工作,使這些技能成為幾乎所有數據分析任務的強大盟友。R語言的設計考慮了數學和統計的應用。小型數據集是它的最佳選擇,它的現代數據科學工具(包括流行的tidyverse包)使R成為ML的自然選擇。
關于這本書
《使用R、tidyverse和mlr的機器學習》將教會您如何使用強大的R編程語言從數據中獲得有價值的見解。作者兼R專家Hefin Ioan Rhys以其引人入勝的、非正式的風格為ML基礎知識打下了堅實的基礎,并向您介紹了tidyverse,這是一套專門為實用數據科學設計的強大的R工具。有了這些基礎知識,您將更深入地研究常用的機器學習技術,包括分類、預測、約簡和聚類算法,并將每種技術應用于實際數據,從而對有趣的問題進行預測。
使用tidyverse包,您將轉換、清理和繪制您的數據,并在工作中使用數據科學最佳實踐。為了簡化您的學習過程,您還將使用R的mlr包,這是一個非常靈活的接口,用于各種核心算法,允許您以最少的編碼執行復雜的ML任務。您將探索一些基本概念,如過擬合、欠擬合、驗證模型性能,以及如何為您的任務選擇最佳模型。富有啟發性的圖片提供了清晰的解釋,鞏固了你的新知識。
無論您是在處理業務問題、處理研究數據,還是僅僅是一個有數據頭腦的開發人員,您都可以通過本實用教程立即構建自己的ML管道!
里面有什么
掌握通過機器學習和深度學習識別和解決復雜問題的基本技能。使用真實世界的例子,利用流行的Python機器學習生態系統,這本書是你學習機器學習的藝術和科學成為一個成功的實踐者的完美伴侶。本書中使用的概念、技術、工具、框架和方法將教會您如何成功地思考、設計、構建和執行機器學習系統和項目。
使用Python進行的實際機器學習遵循結構化和全面的三層方法,其中包含了實踐示例和代碼。
第1部分側重于理解機器學習的概念和工具。這包括機器學習基礎,對算法、技術、概念和應用程序的廣泛概述,然后介紹整個Python機器學習生態系統。還包括有用的機器學習工具、庫和框架的簡要指南。
第2部分詳細介紹了標準的機器學習流程,重點介紹了數據處理分析、特征工程和建模。您將學習如何處理、總結和可視化各種形式的數據。特性工程和選擇方法將詳細介紹真實數據集,然后是模型構建、調優、解釋和部署。
第3部分探討了多個真實世界的案例研究,涵蓋了零售、交通、電影、音樂、營銷、計算機視覺和金融等不同領域和行業。對于每個案例研究,您將學習各種機器學習技術和方法的應用。動手的例子將幫助您熟悉最先進的機器學習工具和技術,并了解什么算法最適合任何問題。
實用的機器學習與Python將授權您開始解決您自己的問題與機器學習今天!
你將學習:
這本書是給誰看的 IT專業人士、分析師、開發人員、數據科學家、工程師、研究生
目錄:
Part I: Understanding Machine Learning
Chapter 12: Deep Learning for Computer Vision
主題: 《COMS W4995 Applied Machine Learning Spring 2020》
課程描述: 這門課提供了機器學習和數據科學的實踐方法。本課程討論機器學習方法如SVMs、隨機森林、梯度提升和神經網絡在真實世界數據集上的應用,包括數據準備、模型選擇和評估。這個類補充了COMS W4721,因為它完全依賴于scikit-learn和tensor flow中所有實現的可用開源實現。除了應用模型外,我們還將討論與產生離子化機器學習模型相關的軟件開發工具和實踐。
主講人簡介: Andreas C. Müller,哥倫比亞大學數據科學研究所的副研究員,也是O'Reilly《用Python進行機器學習簡介》一書的作者。他是scikit學習機學習庫的核心開發人員之一,我已經合作維護了幾年。他曾在紐約大學數據科學中心從事開源和開放科學研究,并在亞馬遜擔任機器學習科學家。個人主頁://amueller.github.io/
主題: Algorithmic Machine Learning and Data Science
介紹: 本課程數學嚴謹,需要以前的機器學習課程(例如CS-UY 4563、CS-GY 6923或ECE-GY 6143)和以前的算法設計和分析課程(例如CS-UY 2413、CS-GY 6033或CS-GY 6043)為基礎。
講師介紹: Christopher Musco,紐約大學坦頓工程學院計算機科學與工程的助理教授。他的研究是關于機器學習和數據科學的算法基礎。他在麻省理工學院完成了計算機科學博士學位。在麻省理工學院之前,他是Redfin的工程師。
論文題目
機器學習在固體材料科學中的最新進展和應用,Recent advances and applications of machine learning in solidstate materials science
論文簡介
近年來進入材料科學工具箱的最令人興奮的工具之一是機器學習。這些統計方法已經證明能夠大大加快基礎和應用研究的速度。目前,我們正在見證一個爆炸性的工作,開發和應用機器學習的固態系統。我們對本課題的最新研究進行了全面的綜述和分析。作為起點,我們介紹了材料科學中的機器學習原理、算法、描述符和數據庫。我們繼續描述不同的機器學習方法,以發現穩定的材料并預測其晶體結構。然后我們討論了大量的定量結構-性質關系的研究,以及用機器學習代替第一性原理方法的各種方法。我們回顧了如何應用主動學習和基于代理的優化來改進rational設計過程和相關的應用實例。兩個主要的問題總是機器學習模型的可解釋性和從中獲得的物理理解。因此,我們考慮可解釋性的不同方面及其在材料科學中的重要性。最后,針對計算材料科學面臨的各種挑戰,提出了解決方案和未來的研究路徑。
論文作者
Jonathan Schmidt,Mário R. G. Marques,來自馬丁路德大學 物理研究所
Graphical causal inference as pioneered by Judea Pearl arose from research on artificial intelligence (AI), and for a long time had little connection to the field of machine learning. This article discusses where links have been and should be established, introducing key concepts along the way. It argues that the hard open problems of machine learning and AI are intrinsically related to causality, and explains how the field is beginning to understand them.
書籍介紹: 機器學習是一門人工智能的科學,該領域的主要研究對象是人工智能,特別是如何在經驗學習中改善具體算法的性能。機器學習是人工智能及模式識別領域的共同研究熱點,其理論和方法已被廣泛應用于解決工程應用和科學領域的復雜問題。本書從機器學習的基礎入手,分別講述了分類、排序、降維、回歸等機器學習任務,是入門機器學習的一本好書。
作者: Mehryar Mohri,是紐約大學庫蘭特數學科學研究所的計算機科學教授,也是Google Research的研究顧問。
大綱介紹:
作者主頁://cs.nyu.edu/~mohri/
報告名稱: Deep Geometric Learning of Big Data and Applications
報告摘要: 深度學習技術在計算機視覺,自然語言處理和語音分析方面取得了令人印象深刻的性能。這些任務專注于位于歐幾里得域上的數據,并且針對這些域的數學工具(例如卷積,下采樣,多尺度和局部性)已得到明確定義,并受益于GPU等快速計算硬件。但是,許多基本數據和任務都涉及非歐幾里德領域,而這些領域最初并不是為深度學習方法設計的。例如計算機圖形學中的3D點云和3D形狀,大腦結構連接網絡中的功能性MRI信號,基因組學中基因調控網絡的DNA,量子化學中的藥物設計,高能物理中的中微子檢測以及常見的知識圖理解視覺場景。這一主要局限性促使近年來的研究界將神經網絡推廣到任意的幾何域,例如圖形和流形。卷積,粗化,多分辨率,因果關系等基本操作已通過頻譜和空間方法進行了重新定義。這些非歐氏數據分析問題的最新結果顯示了在許多領域中都有希望的令人振奮的新工具。
該研討會的目標是:1)召集數學家,機器學習科學家和領域專家,以建立這些新興技術的現狀; 2)討論用于分析這些新的深度學習技術的框架; 3)確立新的研究方向以及這些技術在神經科學,社會科學,計算機視覺,自然語言處理,物理學,化學中的應用,以及4)討論了GPU以外的適用于非歐幾里德領域的新計算機處理體系結構。
邀請嘉賓: Jure Leskovec,斯坦福大學計算機科學副教授。 研究重點是對大型社會和信息網絡進行挖掘和建模,它們的演化,信息的傳播以及對它們的影響。 調查的問題是由大規模數據,網絡和在線媒體引起的。
Stanley Osher,加州大學洛杉磯分校 IPAM 數學與計算機科學教授,電氣工程與化學和生物分子工程教授。
報告部分大綱:
機器學習是計算機科學發展最快的領域之一,有著廣泛的應用。這本教科書的目的是以一種有原則的方式介紹機器學習和它提供的算法范例。這本書提供了一個基本的理論基礎的機器學習和數學推導,將這些原則轉化為實際的算法。在介紹了基礎知識之后,這本書涵蓋了以前教科書沒有涉及到的一系列廣泛的中心主題。這些包括討論學習的計算復雜性和凸性和穩定性的概念;重要的算法范例包括隨機梯度下降、神經網絡和結構化輸出學習;以及新興的理論概念,如PAC-Bayes方法和基于壓縮的邊界。為高級本科生或剛開始的研究生設計,文本使學生和非專業讀者在統計,計算機科學,數學和工程的機器學習的基礎和算法。