據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，對一個問題的建模有不同的方式。在機器學習或者人工智能領域，人們首先會考慮算法的學習方式。在機器學習領域，有幾種主要的學習方式。將算法按照學習方式分類是一個不錯的想法，這樣可以讓人們在建模和算法選擇的時候考慮能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)來選擇最合適的算法來獲得最好的結果。

1. 監(jiān)督式學習：

在監(jiān)督式學習下，輸入數(shù)據(jù)被稱為“訓練數(shù)據(jù)”，每組訓練數(shù)據(jù)有一個明確的標識或結果，如對防垃圾郵件系統(tǒng)中“垃圾郵件”“非垃圾郵件”，對手寫數(shù)字識別中的“1“，”2“，”3“，”4“等。在建立預測模型的時候，監(jiān)督式學習建立一個學習過程，將預測結果與“訓練數(shù)據(jù)”的實際結果進行比較，不斷的調整預測模型，直到模型的預測結果達到一個預期的準確率。監(jiān)督式學習的常見應用場景如分類問題和回歸問題。常見算法有邏輯回歸(Logistic Regression)和反向傳遞神經(jīng)網(wǎng)絡(Back Propagation Neural Network)

2. 非監(jiān)督式學習：

在非監(jiān)督式學習中，數(shù)據(jù)并不被特別標識，學習模型是為了推斷出數(shù)據(jù)的一些內在結構。常見的應用場景包括關聯(lián)規(guī)則的學習以及聚類等。常見算法包括Apriori算法以及k-Means算法。

3. 半監(jiān)督式學習：

在此學習方式下，輸入數(shù)據(jù)部分被標識，部分沒有被標識，這種學習模型可以用來進行預測，但是模型首先需要學習數(shù)據(jù)的內在結構以便合理的組織數(shù)據(jù)來進行預測。應用場景包括分類和回歸，算法包括一些對常用監(jiān)督式學習算法的延伸，這些算法首先試圖對未標識數(shù)據(jù)進行建模，在此基礎上再對標識的數(shù)據(jù)進行預測。如圖論推理算法(Graph Inference)或者拉普拉斯支持向量機(Laplacian SVM.)等。

4. 強化學習：

在這種學習模式下，輸入數(shù)據(jù)作為對模型的反饋，不像監(jiān)督模型那樣，輸入數(shù)據(jù)僅僅是作為一個檢查模型對錯的方式，在強化學習下，輸入數(shù)據(jù)直接反饋到模型，模型必須對此立刻作出調整。常見的應用場景包括動態(tài)系統(tǒng)以及機器人控制等。常見算法包括Q-Learning以及時間差學習(Temporal difference learning)

在企業(yè)數(shù)據(jù)應用的場景下， 人們最常用的可能就是監(jiān)督式學習和非監(jiān)督式學習的模型。在圖像識別等領域，由于存在大量的非標識的數(shù)據(jù)和少量的可標識數(shù)據(jù)， 目前半監(jiān)督式學習是一個很熱的話題。而強化學習更多的應用在機器人控制及其他需要進行系統(tǒng)控制的領域。

5. 算法類似性

根據(jù)算法的功能和形式的類似性，我們可以把算法分類，比如說基于樹的算法，基于神經(jīng)網(wǎng)絡的算法等等。當然，機器學習的范圍非常龐大，有些算法很難明確歸類到某一類。而對于有些分類來說，同一分類的算法可以針對不同類型的問題。這里，我們盡量把常用的算法按照最容易理解的方式進行分類。

6. 回歸算法：

回歸算法是試圖采用對誤差的衡量來探索變量之間的關系的一類算法?；貧w算法是統(tǒng)計機器學習的利器。在機器學習領域，人們說起回歸，有時候是指一類問題，有時候是指一類算法，這一點常常會使初學者有所困惑。常見的回歸算法包括：最小二乘法(Ordinary Least Square)，邏輯回歸(Logistic Regression)，逐步式回歸(Stepwise Regression)，多元自適應回歸樣條(Multivariate Adaptive Regression Splines)以及本地散點平滑估計(Locally Estimated Scatterplot Smoothing)

7. 基于實例的算法

基于實例的算法常常用來對決策問題建立模型，這樣的模型常常先選取一批樣本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)某些近似性把新數(shù)據(jù)與樣本數(shù)據(jù)進行比較。通過這種方式來尋找最佳的匹配。因此，基于實例的算法常常也被稱為“贏家通吃”學習或者“基于記憶的學習”。常見的算法包括 k-Nearest Neighbor(KNN), 學習矢量量化(Learning Vector Quantization， LVQ)，以及自組織映射算法(Self-Organizing Map ， SOM)

8. 正則化方法

正則化方法是其他算法(通常是回歸算法)的延伸，根據(jù)算法的復雜度對算法進行調整。正則化方法通常對簡單模型予以獎勵而對復雜算法予以懲罰。常見的算法包括：Ridge Regression，Least Absolute Shrinkage and Selection Operator(LASSO)，以及彈性網(wǎng)絡(Elastic Net)。

9. 決策樹學習

決策樹算法根據(jù)數(shù)據(jù)的屬性采用樹狀結構建立決策模型， 決策樹模型常常用來解決分類和回歸問題。常見的算法包括：分類及回歸樹(Classification And Regression Tree， CART)， ID3 (Iterative Dichotomiser 3)， C4.5， Chi-squared Automatic Interaction Detection(CHAID), Decision Stump, 隨機森林(Random Forest)， 多元自適應回歸樣條(MARS)以及梯度推進機(Gradient Boosting Machine， GBM)

10. 貝葉斯方法

貝葉斯方法算法是基于貝葉斯定理的一類算法，主要用來解決分類和回歸問題。常見算法包括：樸素貝葉斯算法，平均單依賴估計(Averaged One-Dependence Estimators， AODE)，以及Bayesian Belief Network(BBN)。

11. 基于核的算法

基于核的算法中最著名的莫過于支持向量機(SVM)了。基于核的算法把輸入數(shù)據(jù)映射到一個高階的向量空間， 在這些高階向量空間里， 有些分類或者回歸問題能夠更容易的解決。常見的基于核的算法包括：支持向量機(Support Vector Machine， SVM)， 徑向基函數(shù)(Radial Basis Function ，RBF)， 以及線性判別分析(Linear Discriminate Analysis ，LDA)等

12.聚類算法

聚類，就像回歸一樣，有時候人們描述的是一類問題，有時候描述的是一類算法。聚類算法通常按照中心點或者分層的方式對輸入數(shù)據(jù)進行歸并。所以的聚類算法都試圖找到數(shù)據(jù)的內在結構，以便按照最大的共同點將數(shù)據(jù)進行歸類。常見的聚類算法包括 k-Means算法以及期望最大化算法(Expectation Maximization， EM)。

13. 關聯(lián)規(guī)則學習

關聯(lián)規(guī)則學習通過尋找最能夠解釋數(shù)據(jù)變量之間關系的規(guī)則，來找出大量多元數(shù)據(jù)集中有用的關聯(lián)規(guī)則。常見算法包括 Apriori算法和Eclat算法等。

14. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡

人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡，是一類模式匹配算法。通常用于解決分類和回歸問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是機器學習的一個龐大的分支，有幾百種不同的算法。(其中深度學習就是其中的一類算法，我們會單獨討論)，重要的人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法包括：感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(Perceptron Neural Network), 反向傳遞(Back Propagation)， Hopfield網(wǎng)絡，自組織映射(Self-Organizing Map, SOM)。學習矢量量化(Learning Vector Quantization， LVQ)

在大部分機器學習課程中，回歸算法都是介紹的第一個算法。原因有兩個：一回歸算法比較簡單，介紹它可以讓人平滑地從統(tǒng)計學遷移到機器學習中。二回歸算法是后面若干強大算法的基石，如果不理解回歸算法，無法學習那些強大的算法?；貧w算法有兩個重要的子類：即線性回歸和邏輯回歸。

線性回歸就是我們前面說過的房價求解問題。如何擬合出一條直線最佳匹配我所有的數(shù)據(jù)?一般使用“最小二乘法”來求解?！白钚《朔ā钡乃枷胧沁@樣的，假設我們擬合出的直線代表數(shù)據(jù)的真實值，而觀測到的數(shù)據(jù)代表擁有誤差的值。為了盡可能減小誤差的影響，需要求解一條直線使所有誤差的平方和最小。最小二乘法將最優(yōu)問題轉化為求函數(shù)極值問題。函數(shù)極值在數(shù)學上我們一般會采用求導數(shù)為0的方法。但這種做法并不適合計算機，可能求解不出來，也可能計算量太大。

計算機科學界專門有一個學科叫“數(shù)值計算”，專門用來提升計算機進行各類計算時的準確性和效率問題。例如，著名的“梯度下降”以及“牛頓法”就是數(shù)值計算中的經(jīng)典算法，也非常適合來處理求解函數(shù)極值的問題。梯度下降法是解決回歸模型中最簡單且有效的方法之一。從嚴格意義上來說，由于后文中的神經(jīng)網(wǎng)絡和推薦算法中都有線性回歸的因子，因此梯度下降法在后面的算法實現(xiàn)中也有應用。

邏輯回歸是一種與線性回歸非常類似的算法，但是，從本質上講，線型回歸處理的問題類型與邏輯回歸不一致。線性回歸處理的是數(shù)值問題，也就是最后預測出的結果是數(shù)字，例如房價。而邏輯回歸屬于分類算法，也就是說，邏輯回歸預測結果是離散的分類，例如判斷這封郵件是否是垃圾郵件，以及用戶是否會點擊此廣告等等。