[杂谈] 机器学习与优化算法的对比

机器学习算法的本质：

在求解一个问题（输入X，输出什么？）时，不清楚问题的模型是什么，不知道各个变量之间符合什么规则（式子），所以干脆把现成的各种万能模型（线性回归、逻辑回归、SVM、神经网络等等）套用进去，希望这些万能的模型可以拟合实际问题的模型。
　　但是这些万能模型里面具体的参数是未定的，需要使用大量数据进行学习。等参数确定之后，我们的拟合模型才完全确定。参数的学习相当于损失函数最小化这么一个优化问题。
　　但是就算把模型的参数求出来，就算拟合模型确定了，也不代表这个模型能准确描述我们待解决的问题。因为用来学习参数的大量数据，不能完全反应待解决问题的解的分布，而且数据采集过程中也会混入噪声，所以这些数据并不完全可信。
　　所以参数的学习不能一味地依赖训练数据的拟合，还要根据“奥卡姆剃刀定理”减小模型的复杂度。模型复杂度在一定程度上也是可以用一个式子模拟表达的，因此可以把复杂度放入损失函数中。
　　因此得出结论，机器学习的本质就是，带有训练集拟合精度和模型复杂度的损失函数的最小化问题，可以使用各种优化算法来求解，不过因为机器学习某些模型的独特性，有些模型参数的求解也有独特的算法，例如EM算法等。

优化算法的本质：

在求解一个问题（输入X，输出什么？）时，问题的模型是早就知道的，模型内部的结构、参数、参数之间的关系都是知道的，因此可以将问题模型用数学式子表达出来，一般都可以归纳为一个最小化问题或最大化问题，目标是求出最优解。
　　求解优化问题一般有：

• 最速下降法
• 牛顿法
• 拟牛顿法
• 共轭梯度法
• 启发式优化法（GA/ACO/PSO等）
• 拉格朗日乘数法。解决带约束的优化问题。

启发式优化算法与机器学习的联系

其实启发式优化算法与机器学习算法很相似。
　　在求解一个问题（输入X，输出什么？）时，它们都不要求知道问题的模型，只需要套用一些万能的模型就可以了，启发式优化算法就是套用GA、ACO、PSO等模型，机器学习算法则是套用线性回归、逻辑回归、SVM、神经网络等模型。
　　但是启发式优化算法套用的模型里的参数是使用者自己调整的，例如交叉概率、变异概率等等，而且这些模型加入了很多的随机性，每次求解的结果可能不能复现。而机器学习算法套用的模型里的参数是用训练集学习得出的，例如线性回归系数、SVM分类超平面系数、神经网络权重等等。

最后

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