线性代数是计算和数据科学家的基本工具之一。这本书“高级线性代数:基础到前沿”(ALAFF)是一个替代传统高级线性代数的计算研究生课程。重点是数值线性代数,研究理论、算法和计算机算法如何相互作用。这些材料通过将文本、视频、练习和编程交织在一起来保持学习者的参与性。

我们在不同的设置中使用了这些材料。这是我们在德克萨斯大学奥斯汀分校名为“数值分析:线性代数”的课程的主要资源,该课程由计算机科学、数学、统计和数据科学、机械工程以及计算科学、工程和数学研究生课程提供。这门课程也通过UT-Austin计算机科学硕士在线课程提供“高级线性代数计算”。最后,它是edX平台上名为“高级线性代数:基础到前沿”的大规模在线开放课程(MOOC)的基础。我们希望其他人可以将ALAFF材料重新用于其他学习设置,无论是整体还是部分。

为了退怕学习者,我们采取了传统的主题的数字线性代数课程,并组织成三部分。正交性,求解线性系统,以及代数特征值问题。

  • 第一部分:正交性探讨了正交性(包括规范的处理、正交空间、奇异值分解(SVD)和解决线性最小二乘问题)。我们从这些主题开始,因为它们是其他课程的先决知识,学生们经常与高等线性代数并行(甚至在此之前)进行学习。

  • 第二部分:求解线性系统集中在所谓的直接和迭代方法,同时也引入了数值稳定性的概念,它量化和限定了在问题的原始陈述中引入的误差和/或在计算机算法中发生的舍入如何影响计算的正确性。

  • 第三部分:代数特征值问题,重点是计算矩阵的特征值和特征向量的理论和实践。这和对角化矩阵是密切相关的。推广了求解特征值问题的实用算法,使其可以用于奇异值分解的计算。本部分和本课程以在现代计算机上执行矩阵计算时如何实现高性能的讨论结束。

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《通向人工智能之路》向读者介绍了机器学习的关键概念,讨论了机器使用数据产生的预测的潜在应用和局限性,并为学者、律师和政策制定者之间关于如何明智地使用和管理它的辩论提供了信息。技术人员还将从过去120年与问责制、可解释性和有偏见的数据的法律斗争中汲取有用的经验教训。

https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-43582-0#about

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这本书来自统计学习课程,这是一门统计机器学习的入门课程,面向具有一些微积分、线性代数和统计学背景的学生。这门课程的重点是监督学习:分类和回归。本课程将涵盖机器学习和数据科学中使用的一系列方法,包括:

  • 线性回归(包括岭回归和Lasso)
  • 通过logistic回归和k近邻进行分类
  • 线性和二次判别分析
  • 回归和分类树(包括套袋林和随机林)
  • Boosting
  • 神经网络和深度学习

这些方法将在整个课程中被研究并应用于来自各种应用的真实数据。课程还涵盖了一些重要的实际问题,如交叉验证、模型选择和偏方差权衡。课程包括理论(例如,推导和证明)以及实践(特别是实验室和小型项目)。实际部分将使用Python实现。

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这本教科书通过提供实用的建议,使用直接的例子,并提供相关应用的引人入胜的讨论,以一种容易理解的方式介绍了基本的机器学习概念。主要的主题包括贝叶斯分类器,最近邻分类器,线性和多项式分类器,决策树,神经网络,和支持向量机。后面的章节展示了如何通过“推进”的方式结合这些简单的工具,如何在更复杂的领域中利用它们,以及如何处理各种高级的实际问题。有一章专门介绍流行的遗传算法。

这个修订的版本包含关于工业中机器学习的实用应用的关键主题的三个全新的章节。这些章节研究了多标签域,无监督学习和它在深度学习中的使用,以及归纳逻辑编程的逻辑方法。许多章节已经被扩展,并且材料的呈现已经被增强。这本书包含了许多新的练习,许多解决的例子,深入的实验,和独立工作的计算机作业。

https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-63913-0#about

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本文采用了一种独特的机器学习方法,它包含了对进行研究、开发产品、修补和玩耍所必需的所有基本概念的全新的、直观的、但又严谨的描述。通过优先考虑几何直观,算法思维,和实际应用的学科,包括计算机视觉,自然语言处理,经济学,神经科学,推荐系统,物理,和生物学,这篇文章为读者提供了一个清晰的理解基础材料以及实际工具需要解决现实世界的问题。通过深入的Python和基于MATLAB/ octave的计算练习,以及对前沿数值优化技术的完整处理,这是学生的基本资源,也是从事机器学习、计算机科学、电子工程、信号处理和数值优化的研究人员和实践者的理想参考。其他资源包括补充讨论主题、代码演示和练习,可以在官方教材网站mlrefined.com上找到。

  • 建立在清晰的几何直觉上的讲述
  • 最先进的数值优化技术的独特处理
  • 逻辑回归和支持向量机的融合介绍
  • 将功能设计和学习作为主要主题
  • 通过函数逼近的视角,先进主题的无与伦比的呈现
  • 深度神经网络和核方法的细化描述
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本备忘单是机器学习手册的浓缩版,包含了许多关于机器学习的经典方程和图表,旨在帮助您快速回忆起机器学习中的知识和思想。

这个备忘单有两个显著的优点:

  1. 清晰的符号。数学公式使用了许多令人困惑的符号。例如,X可以是一个集合,一个随机变量,或者一个矩阵。这是非常混乱的,使读者很难理解数学公式的意义。本备忘单试图规范符号的使用,所有符号都有明确的预先定义,请参见小节。

  2. 更少的思维跳跃。在许多机器学习的书籍中,作者省略了数学证明过程中的一些中间步骤,这可能会节省一些空间,但是会给读者理解这个公式带来困难,读者会在中间迷失。

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斯坦福大学Stephen Boyd教授与加州大学Lieven Vandenberghe教授合著的应用线性代数导论:向量、矩阵和最小二乘法《Introduction to Applied Linear Algebra – Vectors, Matrices, and Least Squares》在2018年由剑桥大学出版社发行,开源书包含19章,473页pdf,这本书的目的是提供一个介绍向量,矩阵,最小二乘方法,应用线性代数的基本主题。目标是让学生通俗易懂,入门学习。让学习者了解在包括数据拟合、机器学习和人工智能,断层、导航、图像处理、金融、和自动控制系统的应用。是一本不可多得好教材。​

Stephen P. Boyd是斯坦福大学电子工程Samsung 教授,信息系统实验室电子工程教授,斯坦福大学电子工程系系主任。他在管理科学与工程系和计算机科学系任职,是计算与数学工程研究所的成员。他目前的研究重点是凸优化在控制、信号处理、机器学习和金融方面的应用。 https://web.stanford.edu/~boyd/

Lieven Vandenberghe,美国加州大学洛杉矶分校电子与计算机工程系和数学系教授

这本书的目的是提供一个介绍向量,矩阵,最小二乘方法,应用线性代数的基本主题。我们的目标是让很少或根本没有接触过线性代数的学生快速学习,以及对如何使用它们在许多应用程序中, 包括数据拟合、机器学习和人工智能, 断层、导航、图像处理、金融、和自动控制系统。

读者所需要的背景知识是熟悉基本的数学符号。我们只在少数地方使用微积分,但它并不是一个关键的角色,也不是一个严格的先决条件。虽然这本书涵盖了许多传统上作为概率和统计的一部分来教授的话题,比如如何将数学模型与数据相匹配,但它并不需要概率和统计方面的知识或背景。

这本书涉及的数学比应用线性代数的典型文本还少。我们只使用线性代数中的一个理论概念,线性无关,和一个计算工具,QR分解;我们处理大多数应用程序的方法只依赖于一种方法,即最小二乘(或某种扩展)。从这个意义上说,我们的目标是知识经济:仅用一些基本的数学思想、概念和方法,我们就涵盖了许多应用。然而,我们所提供的数学是完整的,因为我们仔细地证明了每一个数学命题。然而,与大多数介绍性的线性代数文本不同,我们描述了许多应用程序,包括一些通常被认为是高级主题的应用程序,如文档分类、控制、状态估计和组合优化。

这本书分为三部分。第一部分向读者介绍向量,以及各种向量运算和函数,如加法、内积、距离和角度。我们还将描述如何在应用程序中使用向量来表示文档中的字数、时间序列、病人的属性、产品的销售、音轨、图像或投资组合。第二部分对矩阵也做了同样的处理,最终以矩阵的逆和求解线性方程的方法结束。第三部分,关于最小二乘,是回报,至少在应用方面。我们展示了近似求解一组超定方程的简单而自然的思想,以及对这一基本思想的一些扩展,可以用来解决许多实际问题。

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