眼下,人工智能已經成為越來越火的一個方向。普通程序員,如何轉向人工智能方向,是知乎上的一個問題。本文是我對此問題的一個回答的歸檔版。相比原回答有所內容增加。
一。 目的
本文的目的是給出一個簡單的,平滑的,易于實現的學習方法,幫助 “普通” 程序員踏入AI領域這個門。這里,我對普通程序員的定義是:擁有大學本科知識;平時工作較忙;自己能獲取的數據有限。因此,本文更像是一篇 “from the scratch” 的AI入門教程。
二。 AI領域簡介
AI,也就是人工智能,并不僅僅包括機器學習。曾經,符號與邏輯被認為是人工智能實現的關鍵,而如今則是基于統計的機器學習占據了主導地位。最近火熱的深度學習正是機器學習中的一個子項。目前可以說,學習AI主要的是學習機器學習。但是,人工智能并不等同于機器學習,這點在進入這個領域時一定要認識清楚。關于AI領域的發展歷史介紹推薦看周老師寫的《機器學習簡介》。下面一個問題是:AI的門好跨么?其實很不好跨。我們以機器學習為例。在學習過程中,你會面對大量復雜的公式,在實際項目中會面對數據的缺乏,以及艱辛的調參等。如果僅僅是因為覺得這個方向未來會“火”的話,那么這些困難會容易讓人放棄。考慮到普通程序員的特點,而要學習如此困難的學科,是否就是沒有門路的?答案是否定的。只要制定合適的學習方法即可。
三。 學習方法
學習方法的設定簡單說就是回答以下幾個問題:我要學的是什么?我怎樣學習?我如何去學習?這三個問題概括說就是:學習目標,學習方針與學習計劃。學習目標比較清楚,就是踏入AI領域這個門。這個目標不大,因此實現起來也較為容易。“過大的目標時就是為了你日后放棄它時找到了足夠的理由”。學習方針可以總結為 “興趣為先,踐學結合”。簡單說就是先培養興趣,然后學習中把實踐穿插進來,螺旋式提高。這種方式學習效果好,而且不容易讓人放棄。有了學習方針以后,就可以制定學習計劃,也稱為學習路線。下面就是學習路線的介紹。
四。 學習路線
我推薦的學習路線是這樣的,如下圖:
圖1 AI領域學習路線圖
這個學習路線是這樣設計的:首先了解這個領域,建立起全面的視野,培養起充足的興趣,然后開始學習機器學習的基礎,這里選擇一門由淺入深的課程來學習,課程最好有足夠的實驗能夠進行實戰。基礎打下后,對機器學習已經有了充足的了解,可以用機器學習來解決一個實際的問題。這時還是可以把機器學習方法當作一個黑盒子來處理的。實戰經驗積累以后,可以考慮繼續進行學習。這時候有兩個選擇,深度學習或者繼續機器學習。深度學習是目前最火熱的機器學習方向,其中一些方法已經跟傳統的機器學習不太一樣,因此可以單獨學習。除了深度學習以外,機器學習還包括統計學習,集成學習等實用方法。如果條件足夠,可以同時學習兩者,一些規律對兩者是共通的。學習完后,你已經具備了較強的知識儲備,可以進入較難的實戰。這時候有兩個選擇,工業界的可以選擇看開源項目,以改代碼為目的來讀代碼;學術界的可以看特定領域的論文,為解決問題而想發論文。無論哪者,都需要知識過硬,以及較強的編碼能力,因此很能考察和鍛煉水平。經過這個階段以后,可以說是踏入AI領域的門了。“師傅領進門,修行在個人”。之后的路就要自己走了。
下面是關于每個階段的具體介紹:
0.領域了解
在學習任何一門知識之前,首先第一步就是了解這個知識是什么?它能做什么事?它的價值在什么地方?如果不理解這些的話,那么學習本身就是一個沒有方向的舟,不知道駛向何處,也極易有沉船的風險。了解這些問題后,你才能培養出興趣,興趣是最好的引路人,學習的動力與持久力才能讓你應付接下來的若干個階段。關于機器學習是什么,能做什么,它與深度學習以及人工智能的關系,可以看我寫的博客 從機器學習談起:
1.知識準備
如果你離校過久,或者覺得基礎不牢,最好事先做一下準備復習工作。“工欲善其事,必先利其器”。以下的準備工作不多,但足以應付后面階段的學習。
數學:復習以下基本知識。線性代數:矩陣乘法;高數:求導;概率論:條件與后驗概率。其他的一些知識可以在后面的學習的過程中按需再補;
英文:常備一個在線英文詞典,例如愛詞霸,能夠不吃力的看一些英文的資料網頁;
FQ:可以隨時隨地上Google,這是一個很重要的工具。不是說百度查的不能看,而是很多情況下Google搜出來的資料比百度搜的幾十頁的資料還管用,尤其是在查英文關鍵字時。節省時間可是很重要的學習效率提升;
2.機器學習
機器學習的第一門課程首推Andrew Ng的機器學習。這門課程有以下特點:難度適中,同時有足夠的實戰例子,非常適合第一次學習的人。cs229 這門課程我這里不推薦,為什么,原因有以下:
時間:cs229 的時間太早,一些知識已經跟不上當今的發展,目前最為火熱的神經網絡一筆帶過。而Cousera上神經網絡可是用了兩個課時去講的!而且非常詳細;
教學:Ng在cs229 時候的教學稍顯青澀,可能是面對網絡教學的原因。有很多問題其實他都沒有講清楚,而且下面的人的提問其實也很煩躁,你往往不關心那些人的問題。這點在Coursera上就明顯得到了改善,你會發現Ng的教學水平大幅度改善了,他會對你循循善誘,推心置腹,由淺入深的教學,在碰到你不明白的單詞術語時也會叫你不要擔心,更重要的,推導與圖表不要太完善,非常細致清晰,這點真是強力推薦;
字幕:cs229 的字幕質量比Coursera上的差了一截。Coursera上中文字幕翻譯經過了多人把關,質量很有保證;
作業:cs229 沒有作業,雖然你可以做一些,但不會有人看。這點遠不如Coursera上每周有deadline的那種作業,而且每期作業提交上去都有打分。更重要的是,每期作業都有實際的例子,讓你手把手練習,而且能看到自己的成果,成就感滿滿!
3.實踐做項目
學習完了基礎課程,你對機器學習就有了初步了解。現在使用它們是沒有問題的,你可以把機器學習算法當作黑盒子,放進去數據,就會有結果。在實戰中你更需要去關心如何獲取數據,以及怎么調參等。如果有時間,自己動手做一個簡單的實踐項目是最好的。這里需要選擇一個應用方向,是圖像(計算機視覺),音頻(語音識別),還是文本(自然語言處理)。這里推薦選擇圖像領域,這里面的開源項目較多,入門也較簡單,可以使用OpenCV做開發,里面已經實現好了神經網絡,SVM等機器學習算法。項目做好后,可以開源到到 Github上面,然后不斷完善它。實戰項目做完后,你可以繼續進一步深入學習,這時候有兩個選擇,深度學習和繼續機器學習;
4.深度學習
深度學習:深度學習是目前最火熱的研究方向。有以下特點:知識更新快,較為零碎,沒有系統講解的書。因此學習的資源也相對零散,下面是一些資源介紹。其中不推薦的部分并不代表不好,而是在這個初學階段不合適:
推薦,UFLDL: 非常好的DL基礎教程,也是Andrew Ng寫的。有很詳盡的推導,有翻譯,且翻譯質量很高;
推薦,Deep learning (paper):2015年Nature上的論文,由三位深度學習界的大牛所寫,讀完全篇論文,給人高屋建瓴,一覽眾山小的感覺,強烈推薦。如果只能讀一篇論文了解深度學習,我推薦此篇。這篇論文有同名的中文翻譯;
推薦,Neural networks and deep learning:這本書的作者非常擅長以淺顯的語言表達深刻的道理,雖然沒有翻譯,但是閱讀并不困難;
推薦,Recurrent Neural Networks: 結合一個實際案例告訴你RNN是什么,整篇教程學完以后,會讓你對RNN如何產生作用的有很清晰的認識,而這個效果,甚至是讀幾篇相關論文所沒有的;
不推薦,Neural Networks for Machine Learning - University of Toronto | Coursera:深度學習創始人教的課,最大的問題是太難,而且老先生的吐字有時不是很標準;
不推薦,Deep Learning (book):同樣也是由深度學習大牛所寫的書,但感覺就像是第二作者,也就是他的學生所寫的。很多內容都講了,但是感覺也沒講出什么內容來,只是告訴你來自那篇論文,這樣的話可能直接閱讀論文更合適。
不推薦,cs231n:李菲菲的課程,很有名,專門講CNN。但是這門課程有一個最大的問題,就是沒有字幕,雖然有youtube的自動翻譯字幕,但有還不如沒有。
5.繼續機器學習
深度學習未必就是未來的一定主流,至少一些大牛是這么認為的。傳統的機器學習有如下特點,知識系統化,有相對經典的書。其中統計學習(代表SVM)與集成學習(代表adaboost)是在實踐中使用非常多的技術。下面是相關資源:
推薦,機器學習(周志華):如果是在以前,機器學習方面的經典教材首推PRML,但現在周老師的書出來以后,就不再是這樣了。首先推薦讀周老師的書。這本書有一個特點,那就是再難的道理也能用淺顯精煉的語言表達出來。正如周老師的名言:“體現你水平的地方是把難的東西講容易了,而不是把容易的東西講難,想把一個東西講難實在太簡單”;
不推薦,Pattern Recognition And Machine Learning:當前階段不推薦。PRML是以貝葉斯的觀點看待很多機器學習方法,這也是它的一大特色。但對于初學者來說,這種觀點其實并無必要。而且此書沒有中文翻譯,當前階段硬啃很容易放棄;
6.開源項目
當知識儲備較為充足時,學習可以再次轉入實踐階段。這時候的實踐仍然可以分兩步走,學習經典的開源項目或者發表高質量的論文。開源項目的學習應該以盡量以優化為目的,單純為讀代碼而學習效果往往不太好。好的開源項目都可以在Github 里搜索。這里以深度學習為例。深度學習的開源優秀庫有很多,例如torch,theano等等,這里列舉其中的兩個:
推薦,DeepLearnToolbox:較早的一個深度學習庫,用matlab語言撰寫,較為適合從剛學習的課程轉入學習。遺憾的是作者不再維護它了;
推薦,tensorflow:Google的開源庫,時至今日,已經有40000多個star,非常驚人,支持移動設備;
7.會議論文
較好的課程都會推薦你一些論文。一些著名的技術與方法往往誕生于一些重要的會議。因此,看往年的會議論文是深入學習的方法。在這時,一些論文中的內容會驅使你學習數學中你不擅長的部分。有時候你會覺得數學知識儲備不夠,因此往往需要學習一些輔助課程。當你看完足夠的論文以后,在這個階段,如果是在校學生,可以選擇某個課題,以發論文為目的來學習研究。一般來說,論文是工作的產物。有時候一篇基于實驗的論文往往需要你寫代碼或者基于開源項目。因此開源項目的學習與會議論文的工作兩者之間是有相關的。兩者可以同時進行學習。關于在哪里看論文,可以看一下CCF推薦排名,了解一下這個領域里有哪些優秀的會議。下面介紹兩個圖像與機器學習領域的著名頂級會議:
CVPR:與另兩個會議ICCV和ECCV合稱計算機視覺領域的三大會,注意會議每年的主頁是變動的,因此搜索需要加上年份;
Conference on Neural Information Processing Systems:簡稱NIPS,許多重要的工作發表在這上面,例如關于CNN的一篇重要論文就是發表在上面;
8.自由學習
自由學習:到這里了,可以說是進入這個門了。下面可以依據興趣來自由學習。前階段不推薦的學習資源也可隨意學習,下面是點評:
cs229 :Ng寫的講義很不錯,其中關于SVM的推導部分很清晰,想學習SVM推薦;
Neural Networks for Machine Learning:大牛的視角跟人就是不一樣,看看Hinton對神經網絡是怎么看的,往往會讓你有種原來如此的感悟。其實看這門課程也等同于讀論文,因為幾乎每節課的參考資料里都有論文要你讀;
CS231n: Convolutional Neural Networks for Visual Recognition:最新的知識,還有詳細的作業。國內應該有團隊對字幕進行了翻譯,可以找找;
PRML:作為一門經典的機器學習書籍,是很有閱讀必要的,會讓你對機器學習擁有一個其他的觀察視角;
五。 總結
本文的目的是幫助對AI領域了解不深,但又想進入的同學踏入這個門。這里只說踏入,是因為這個領域的專精實在非常困難,需要數年的積累與努力。在進行領域學習前,充分認識自己的特點,制定合適的學習方法是十分重要的。首先得對這個領域進行充分了解,培養興趣。在學習時,保持著循序漸進的學習方針,不要猛進的學習過難資源;結合著學習與實踐相輔的策略,不要只讀只看,實際動手才有成就感。學習某個資源時要有充分的目的,不是為了學開源項目而看代碼,而是為了寫開源項目而看;不是為了發論文而寫論文,而是為了做事情而寫論文。如果一個學習資源對你過難,并不代表一定是你的問題,可能是學習資源的演講或撰寫人的問題。能把難的問題講簡單的人才是真正有水平的人。所以,一定要學習優質資源,而不是不分青紅皂白的學習。最后,牢記以興趣來學習。學習的時間很長,過程也很艱難,而只有興趣才是讓你持之以恒,攻克難關的最佳助力。
謹以此文與在學海中乘舟的諸位共勉。我就是一名普通程序員,剛剛轉入AI領域,還有很多不足。希望此文可以幫助到大家。
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