这本Python机器学习算法图书，是2017-07-01月由电子工业出版社所出版的，著作者信息： 赵志勇 著，本版是第1次印刷， ISBN：9787121313196，品牌：博文视点, 这本书的包装是16平装，所用纸张为胶版纸，全书页数364，字数有万字， 是本值得推荐的Python软件开发图书。

此书内容摘要

《Python机器学习算法》是一本机器学习入门读物，注重理论与实践的结合。全书主要包括6个部分，每个部分均以典型的机器学习算法为例，从算法原理出发，由浅入深，详细介绍算法的理论，并配合目前流行的Python语言，从零开始，实现每一个算法，以加强对机器学习算法理论的理解、增强实际的算法实践能力，最终达到熟练掌握每一个算法的目的。与其他机器学习类图书相比，《Python机器学习算法》同时包含算法理论的介绍和算法的实践，以理论支撑实践，同时，又将复杂、枯燥的理论用简单易懂的形式表达出来，促进对理论的理解。

关于此书作者

编辑们的推荐

探索数据的内在价值，洞悉人工智能背后的技术！

Python机器学习算法图书的目录

0绪论1

0.1机器学习基础1

0.1.1机器学习的概念1

0.1.2机器学习算法的分类2

0.2监督学习3

0.2.1监督学习3

0.2.2监督学习的流程3

0.2.3监督学习算法4

0.3无监督学习4

0.3.1无监督学习4

0.3.2无监督学习的流程4

0.3.3无监督学习算法5

0.4推荐系统和深度学习6

0.4.1推荐系统6

0.4.2深度学习6

0.5Python和机器学习算法实践6

参考文献7

第一部分分类算法

1Logistic Regression10

1.1Logistic Regression模型10

1.1.1线性可分VS线性不可分10

1.1.2Logistic Regression模型11

1.1.3损失函数13

1.2梯度下降法14

1.2.1梯度下降法的流程14

1.2.2凸优化与非凸优化15

1.2.3利用梯度下降法训练Logistic Regression模型17

1.3梯度下降法的若干问题18

1.3.1选择下降的方向18

1.3.2步长的选择19

1.4Logistic Regression算法实践20

1.4.1利用训练样本训练Logistic Regression模型20

1.4.2最终的训练效果22

1.4.3对新数据进行预测23

参考文献26

2Softmax Regression27

2.1多分类问题27

2.2Softmax Regression算法模型28

2.2.1Softmax Regression模型28

2.2.2Softmax Regression算法的代价函数28

2.3Softmax Regression算法的求解29

2.4Softmax Regression与Logistic Regression的关系31

2.4.1Softmax Regression中的参数特点31

2.4.2由Softmax Regression到Logistic Regression31

2.5Softmax Regression算法实践32

2.5.1对Softmax Regression算法的模型进行训练33

2.5.2最终的模型34

2.5.3对新的数据的预测35

参考文献39

3Factorization Machine40

3.1Logistic Regression算法的不足40

3.2因子分解机FM的模型42

3.2.1因子分解机FM模型42

3.2.2因子分解机FM可以处理的问题43

3.2.3二分类因子分解机FM算法的损失函数43

3.3FM算法中交叉项的处理43

3.3.1交叉项系数43

3.3.2模型的求解44

3.4FM算法的求解45

3.4.1随机梯度下降（Stochastic Gradient Descent）45

3.4.2基于随机梯度的方式求解45

3.4.3FM算法流程46

3.5因子分解机FM算法实践49

3.5.1训练FM模型50

3.5.2最终的训练效果53

3.5.3对新的数据进行预测55

参考文献57

4支持向量机58

4.1二分类问题58

4.1.1二分类的分隔超平面58

4.1.2感知机算法59

4.1.3感知机算法存在的问题61

4.2函数间隔和几何间隔61

4.2.1函数间隔62

4.2.2几何间隔62

4.3支持向量机63

4.3.1间隔最大化63

4.3.2支持向量和间隔边界64

4.3.3线性支持向量机65

4.4支持向量机的训练66

4.4.1学习的对偶算法66

4.4.2由线性支持向量机到非线性支持向量机68

4.4.3序列最小最优化算法SMO69

4.5支持向量机SVM算法实践74

4.5.1训练SVM模型74

4.5.2利用训练样本训练SVM模型81

4.5.3利用训练好的SVM模型对新数据进行预测85

参考文献88

5随机森林89

5.1决策树分类器89

5.1.1决策树的基本概念89

5.1.2选择最佳划分的标准91

5.1.3停止划分的标准94

5.2CART分类树算法95

5.2.1CART分类树算法的基本原理95

5.2.2CART分类树的构建95

5.2.3利用构建好的分类树进行预测98

5.3集成学习（Ensemble Learning）99

5.3.1集成学习的思想99

5.3.2集成学习中的典型方法99

5.4随机森林（Random Forests）101

5.4.1随机森林算法模型101

5.4.2随机森林算法流程102

5.5随机森林RF算法实践104

5.5.1训练随机森林模型105

5.5.2最终的训练结果109

5.5.3对新数据的预测110

参考文献113

6BP神经网络114

6.1神经元概述114

6.1.1神经元的基本结构114

6.1.2激活函数115

6.2神经网络模型116

6.2.1神经网络的结构116

6.2.2神经网络中的参数说明117

6.2.3神经网络的计算117

6.3神经网络中参数的求解118

6.3.1神经网络损失函数118

6.3.2损失函数的求解119

6.3.3BP神经网络的学习过程120

6.4BP神经网络中参数的设置126

6.4.1非线性变换126

6.4.2权重向量的初始化126

6.4.3学习率127

6.4.4隐含层节点的个数127

6.5BP神经网络算法实践127

6.5.1训练BP神经网络模型128

6.5.2最终的训练效果132

6.5.3对新数据的预测133

参考文献136

第二部分回归算法

7线性回归138

7.1基本线性回归138

7.1.1线性回归的模型138

7.1.2线性回归模型的损失函数139

7.2线性回归的最小二乘解法140

7.2.1线性回归的最小二乘解法140

7.2.2广义逆的概念141

7.3牛顿法141

7.3.1基本牛顿法的原理141

7.3.2基本牛顿法的流程142

7.3.3全局牛顿法142

7.3.4Armijo搜索144

7.3.5利用全局牛顿法求解线性回归模型145

7.4利用线性回归进行预测146

7.4.1训练线性回归模型147

7.4.2最终的训练结果149

7.4.3对新数据的预测150

7.5局部加权线性回归152

7.5.1 局部加权线性回归模型152

7.5.2局部加权线性回归的最终结果153

参考文献154

8岭回归和Lasso回归155

8.1线性回归存在的问题155

8.2岭回归模型156

8.2.1岭回归模型156

8.2.2岭回归模型的求解156

8.3Lasso回归模型157

8.4拟牛顿法158

8.4.1拟牛顿法158

8.4.2BFGS校正公式的推导158

8.4.3BFGS校正的算法流程159

8.5L-BFGS求解岭回归模型162

8.5.1BGFS算法存在的问题162

8.5.2L-BFGS算法思路162

8.6岭回归对数据的预测165

8.6.1训练岭回归模型166

8.6.2最终的训练结果168

8.6.3利用岭回归模型预测新的数据168

参考文献171

9CART树回归172

9.1复杂的回归问题172

9.1.1线性回归模型172

9.1.2局部加权线性回归173

9.1.3CART算法174

9.2CART回归树生成175

9.2.1CART回归树的划分175

9.2.2CART回归树的构建177

9.3CART回归树剪枝179

9.3.1前剪枝179

9.3.2后剪枝180

9.4CART回归树对数据预测180

9.4.1利用训练数据训练CART回归树模型180

9.4.2最终的训练结果182

9.4.3利用训练好的CART回归树模型对新的数据预测185

参考文献187

第三部分聚类算法

10K-Means190

10.1相似性的度量190

10.1.1闵可夫斯基距离191

10.1.2曼哈顿距离191

10.1.3欧氏距离191

10.2K-Means算法原理192

10.2.1K-Means算法的基本原理192

10.2.2K-Means算法步骤193

10.2.3K-Means算法与矩阵分解193

10.3K-Means算法实践195

10.3.1导入数据196

10.3.2初始化聚类中心197

10.3.3聚类过程198

10.3.4最终的聚类结果199

10.4K-Means++算法200

10.4.1K-Means算法存在的问题200

10.4.2K-Means++算法的基本思路202

10.4.3K-Means++算法的过程和最终效果204

参考文献205

11Mean Shift206

11.1Mean Shift向量206

11.2核函数207

11.3Mean Shift算法原理209

11.3.1引入核函数的Mean Shift向量209

11.3.2Mean Shift算法的基本原理210

11.4Mean Shift算法的解释212

11.4.1概率密度梯度212

11.4.2Mean Shift向量的修正213

11.4.3Mean Shift算法流程213

11.5Mean Shift算法实践217

11.5.1Mean Shift的主过程218

11.5.2Mean Shift的最终聚类结果219

参考文献221

12DBSCAN222

12.1基于密度的聚类222

12.1.1基于距离的聚类算法存在的问题222

12.1.2基于密度的聚类算法225

12.2DBSCAN算法原理225

12.2.1DBSCAN算法的基本概念225

12.2.2DBSCAN算法原理227

12.2.3DBSCAN算法流程228

12.3DBSCAN算法实践231

12.3.1DBSCAN算法的主要过程232

12.3.2Mean Shift的最终聚类结果234

参考文献236

13Label Propagation237

13.1社区划分237

13.1.1社区以及社区划分237

13.1.2社区划分的算法238

13.1.3社区划分的评价标准239

13.2Label Propagation算法原理239

13.2.1Label Propagation算法的基本原理239

13.2.2标签传播240

13.2.3迭代的终止条件242

13.3Label Propagation算法过程244

13.4Label Propagation算法实践244

13.4.1导入数据245

13.4.2社区的划分246

13.4.3最终的结果247

参考文献248

第四部分推荐算法

14协同过滤算法250

14.1推荐系统的概述250

14.1.1推荐系统250

14.1.2推荐问题的描述251

14.1.3推荐的常用方法251

14.2基于协同过滤的推荐252

14.2.1协同过滤算法概述252

14.2.2协同过滤算法的分类252

14.3相似度的度量方法253

14.3.1欧氏距离254

14.3.2皮尔逊相关系数（Pearson Correlation）254

14.3.3余弦相似度254

14.4基于协同过滤的推荐算法256

14.4.1基于用户的协同过滤算法256

14.4.2基于项的协同过滤算法258

14.5利用协同过滤算法进行推荐260

14.5.1导入用户-商品数据260

14.5.2利用基于用户的协同过滤算法进行推荐261

14.5.3利用基于项的协同过滤算法进行推荐262

参考文献264

15基于矩阵分解的推荐算法265

15.1矩阵分解265

15.2基于矩阵分解的推荐算法266

15.2.1损失函数266

15.2.2损失函数的求解266

15.2.3加入正则项的损失函数即求解方法267

15.2.4预测269

15.3利用矩阵分解进行推荐270

15.3.1利用梯度下降对用户商品矩阵分解和预测270

15.3.2最终的结果272

15.4非负矩阵分解273

15.4.1非负矩阵分解的形式化定义274

15.4.2损失函数274

15.4.3优化问题的求解274

15.5利用非负矩阵分解进行推荐277

15.5.1利用乘法规则进行分解和预测277

15.5.2最终的结果278

参考文献279

16基于图的推荐算法280

16.1二部图与推荐算法280

16.1.1二部图280

16.1.2由用户商品矩阵到二部图281

16.2PageRank算法282

16.2.1PageRank算法的概念282

16.2.2PageRank的两个假设283

16.2.3PageRank的计算方法283

16.3PersonalRank算法285

16.3.1PersonalRank算法原理285

16.3.2PersonalRank算法的流程286

16.4利用PersonalRank算法进行推荐288

16.4.1利用PersonalRank算法进行推荐288

16.4.2最终的结果291

参考文献291

第五部分深度学习

17AutoEncoder294

17.1多层神经网络294

17.1.1三层神经网络模型294

17.1.2由三层神经网络到多层神经网络295

17.2AutoEncoder模型296

17.2.1AutoEncoder模型结构296

17.2.2AutoEncoder的损失函数297

17.3降噪自编码器Denoising AutoEncoder298

17.3.1Denoising AutoEncoder原理298

17.3.2Denoising AutoEncoder实现299

17.4利用Denoising AutoEncoders构建深度网络302

17.4.1无监督的逐层训练302

17.4.2有监督的微调303

17.5利用TensorFlow实现Stacked Denoising AutoEncoders306

17.5.1训练Stacked Denoising AutoEncoders模型306

17.5.2训练的过程307

参考文献308

18卷积神经网络309

18.1传统神经网络模型存在的问题309

18.2卷积神经网络311

18.2.1卷积神经网络中的核心概念311

18.2.2卷积神经网络模型312

18.3卷积神经网络的求解313

18.3.1卷积层（Convolution Layer）313

18.3.2下采样层（Sub-Sampling Layer）316

18.3.3全连接层（Fully-Connected Layer）316

18.4利用TensorFlow实现CNN316

18.4.1CNN的实现316

18.4.2训练CNN模型320

18.4.3训练的过程321

参考文献321

第六部分项目实践

19微博精准推荐324

19.1精准推荐324

19.1.1精准推荐的项目背景324

19.1.2精准推荐的技术架构325

19.1.3离线数据挖掘326

19.2基于用户行为的挖掘327

19.2.1基于互动内容的兴趣挖掘327

19.2.2基于与博主互动的兴趣挖掘328

19.3基于相似用户的挖掘329

19.3.1基于“@”人的相似用户挖掘329

19.3.2基于社区的相似用户挖掘329

19.3.3基于协同过滤的相似用户挖掘331

19.4点击率预估332

19.4.1点击率预估的概念332

19.4.2点击率预估的方法332

19.5各种数据技术的效果334

参考文献335

附录A336

附录B341

部分内容试读

推荐序

志勇是我在新浪微博的同事，刚来的时候坐我的旁边。记得当时志勇喜欢把看过的论文的重点部分剪下来粘到自己的笔记本上，并用五颜六色的笔标注，后来还知道志勇平时会写博客来记录自己在算法学习和实践中的心得。由此可见，志勇是一个非常认真且善于归纳总结的人。2016年志勇告诉我他在写这样一本书的时候，我深以为然，感觉正确的人做了一件正确的事。

志勇的书快完成的时候邀请我写序，这对我绝对是个挑战。幸运的是，书中的内容是我所熟悉的，仿佛是发生在自己身边的事。写作风格也和志勇平时交流时一致。所以，我可以从故事参与者的角度去介绍一下这本书。

说到机器学习算法，这两年可谓蓬勃发展。AlphaGo战胜世界围棋冠军李世石已经成了大家茶余饭后的谈资，无人驾驶汽车是资本竞相追逐的万亿级市场，这些都源于数据收集能力、计算能力的提升，以及智能设备的普及。机器学习也已经在我们身边一些领域取得了成功，例如，现在已经获得上亿用户使用的今日头条。今日头条通过抓取众多媒体的资讯，利用机器学习算法推荐给用户，从而做到了资讯量大、更新快、更加个性化。

作为一个互联网从业者，更是感觉到机器学习算法已经融入到越来越多的产品和功能中。我曾经在一次交流中得知，某个应用为减少用户输入，用了一个团队的力量做输入选项的推荐。这在以前是不曾出现过的，以前的网站更多的是增加功能，让用户选择。现在更多的是推荐给用户，帮助用户选择。这里面既有移动应用屏幕小、操作复杂的原因，也有互联网公司越来越重视用户体验的原因。所以，在此要恭喜这本书的读者，你们选择了一个前途光明的行业。

机器学习算法比较典型的应用是推荐、广告和搜索。我们利用协同过滤技术来推荐商品、利用逻辑回归技术来做点击率的预测、利用分类技术来识别“垃圾”网页等。学好、用好每一种算法都很困难，需要掌握背后的理论基础，以及进行大量的实践，否则就会浮于表面，模仿他人，不能根据自己的业务做出合理的选择。

而市场上的书通常要么只是一些概要性质的介绍，要么是偏向实战，理论基础介绍得比较少。本书是少有的两者兼具的书，每一种算法都先介绍数学基础，再用Python代码做简单版本的实现，并且算法之间循序渐进，层层深入，读来如沐春风。

本书介绍了LR、FM、SVM、协同过滤、矩阵分解等推荐和广告领域常用算法，有很强的实用性。深度学习更是近期主流互联网公司研究的热门领域。无论对机器学习的初学者还是已经具备一些项目经验的人来说，这都是很好的读本。希望本书对更多的人有益，也希望中国的“人工智能+”蓬勃发展。

新浪微博算法经理陶辉

前言

起源

在读研究生期间，我就对机器学习算法萌生了很浓的兴趣，并对机器学习中的常用算法进行了学习，利用MATLAB对每一个算法进行了实践。在此过程中，每当遇到不懂的概念或者算法时，就会在网上查找相关的资料。也看到很多人在博客中分享算法的学习心得及算法的具体过程，其中有不少内容让我受益匪浅，但是有的内容仅仅是算法的描述，缺少实践的具体过程。

注意到这一点之后，我决定开始在博客中分享自己学习每一个机器学习算法的点点滴滴，为了让更多的初学者能够理解算法的具体过程并从中受益，我计划从三个方面出发，第一是算法过程的简单描述，第二是算法理论的详细推导，第三是算法的具体实践。2014年1月10日，我在CSDN上写下了第一篇博客。当时涉及的方向主要是优化算法和简单易学的机器学习算法。

随着学习的深入，博客的内容越来越多，同时，在写作过程中，博客的质量也在慢慢提高，这期间也是机器学习快速发展的阶段，在行业内出现了很多优秀的算法库，如Java版本的weka、Python版本的sklearn，以及其他的一些开源程序，通过对这些算法库的学习，我丰富了很多算法的知识，同时，我将学习到的心得记录在简单易学的机器学习算法中。工作之后，越发觉得这些基础知识对于算法的理解很有帮助，积累的这些算法学习材料成了我宝贵的财富。

2016年，电子工业出版社博文视点的符隆美编辑联系到我，询问我是否有意向将这些博文汇总写一本书。能够写一本书是很多人的梦想，我也不例外。于是在2016年9月，我开始了对本书的构思，从选择算法开始，选择出使用较多的一些机器学习算法。在选择好算法后，从算法原理和算法实现两个方面对算法进行描述，希望本书能够在内容上既能照顾到初学者，又能使具有一定机器学习基础的读者从中受益。

在写作的过程中，我重新查阅了资料，力求保证知识的准确性，同时，在实践的环节中，我使用了目前比较流行的Python语言实现每一个算法，使得读者能够更容易理解算法的过程，在介绍深度学习的部分时，使用到了目前最热门的TensorFlow框架。为了帮助读者理解机器学习算法在实际工作中的具体应用，本书专门有一章介绍项目实践的部分，综合前面各种机器学习算法，介绍每一类算法在实际工作中的具体应用。

内容组织

本书开篇介绍机器学习的基本概念，包括监督学习、无监督学习和深度学习的基本概念。

第一部分介绍分类算法。分类算法是机器学习中最常用的算法。在分类算法中着重介绍Logistic回归、Softmax Regression、Factorization Machine、支持向量机、随机森林和BP神经网络等算法。

第二部分介绍回归算法。与分类算法不同的是，在回归算法中其目标值是连续的值，而在分类算法中，其目标值是离散的值。在回归算法中着重介绍线性回归、岭回归和CART树回归。

第三部分介绍聚类算法。聚类是将具有某种相同属性的数据聚成一个类别。在聚类算法中着重介绍K-Means算法、Mean Shift算法、DBSCAN算法和Label Propagation算法。

第四部分介绍推荐算法。推荐算法是一类基于具体应用场景的算法的总称。在推荐算法中着重介绍基于协同过滤的推荐、基于矩阵分解的推荐和基于图的推荐。

第五部分介绍深度学习。深度学习是近年来研究最为火热的方向。深度学习的网络模型和算法有很多种，在本书中，主要介绍最基本的两种算法：AutoEncoder和卷积神经网络。

第六部分介绍以上这些算法在具体项目中的实践。通过具体的例子，可以清晰地看到每一类算法的应用场景。

附录介绍在实践中使用到的Python语言、numpy库及TensorFlow框架的具体使用方法。

小结

本书试图从算法原理和实践两个方面来介绍机器学习中的常用算法，对每一类机器学习算法，精心挑选了具有代表性的算法，从理论出发，并配以详细的代码，本书的所有示例代码使用Python语言作为开发语言，读者可以从https://github.com/ zhaozhiyong19890102/Python-Machine-Learning-Algorithm中下载本书的全部示例代码。

由于时间仓促，书中难免存在错误，欢迎广大读者和专家批评、指正，同时，欢迎大家提供意见和反馈。本书作者的电子邮箱：zhaozhiyong1989@126.com。

致谢

首先，我要感谢陶辉和孙永生这两位良师益友，在本书的写作过程中，为我提供了很多意见和建议，包括全书的组织架构。感谢陶辉抽出宝贵的时间帮我写序，感谢孙永生帮我检查程序。

其次，我要感谢符隆美编辑和董雪编辑在写作和审稿的过程中对我的鼓励和悉心指导。

再次，我要感谢姜贵彬、易慧民、潘文彬，感谢他们能够抽出宝贵的时间帮本书写推荐语，感谢他们在读完本书后给出的宝贵意见和建议。

然后，我要感谢July在本书的写作过程中对本书提出的宝贵意见，感谢张俊林、王斌在读完本书初稿后对本书的指点。

最后，感谢我的亲人和朋友，是你们的鼓励才使得本书能够顺利完成。

赵志勇

2017年6月6日于北京

关于此书评价

在人工智能时代，机器学习已经成了互联网从业人员和在校学生的一门必修课。市场上不乏机器学习相关的书籍，但大都晦涩难懂而缺乏应用场景。本书是作者在新浪微博广告业务上一手的实践经验和心得体会，具有实用性，非常适合于对机器学习感兴趣但没有经验的开发人员，和渴望了解“理论知识如何在业务中应用”的在校学生，相信你们一定可以从中找到想要的答案。

——新浪微博高级技术经理 姜贵彬

本书没有使用高深复杂的数学逻辑来解释机器学习，而是从直观简洁的介绍入手，通俗易懂，再辅助于代码实现帮助读者理解算法细节，是机器学习入门一本不可多得的好书，推荐。

——百度资深技术专家 毛钦

本书从具体的代码开始去理解抽象的算法，给读者一种脚踏实地的感觉，推荐给所有工程出身有志于算法的工程师。

——阿里妈妈算法工程技术专家 易慧民

本书对常用的机器学习算法进行了深入和全面的介绍，书中大量的代码清单令人印象尤为深刻，确实是一本实用易懂、快速入门的好书。

——美团·大众点评资深技术专家 潘文彬

书摘内容

Python机器学习算法最新最全的试读、书评、目录、简介信息由个人博客整理提供。

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