یادگیری ماشینی:
راهنمای مقدماتی برای همه
 Machine Learning
Beginners Guide

تدوین:
تیم علمی گروه becomexpert

درباره راهنما


آیا تا به حال از اینکه چگونه اینستاگرام، یوتوب، و یا پلتفرم‌های پخش فیلم و سریال نظیر نتفلیکس می‌دانند دقیقاً چه چیزی را می‌خواهید تماشا کنید، یا چگونه ایمیل شما بدون دخالت شما، هرزنامه‌ها (ایمیل‌های اسپم) را فیلتر می‌کند شگفت زده شده‌اید؟ به دنیای متحول‌کننده یادگیری ماشینی خوش آمدید – فناوری‌ای که در دنیای امروز نه تنها یک کلیدواژه، بلکه یک حوزه انقلابی است که زندگی و کسب و کار ما را به شیوه بی‌سابقه‌ای تغییر می‌دهد.
یادگیری ماشینی، به عنوان زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی (AI)، علمی است که رایانه‌ها را به یادگیری و تصمیم‌گیری از روی داده‌ها، درست مانند انسان‌ها، وادار می‌کند. اما چرا این حوزه تا این حد پیشگام و تحول‌آفرین است؟ الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند حجم وسیعی از داده‌ها را تجزیه و تحلیل کنند و خیلی سریعتر از یک انسان نتیجه گیری کنند. این امر به نوبه خود پیشرفت‌های بسیار بزرگی به دنبال خود می‌آورد، از مراقبت‌های بهداشتی و امور مالی گرفته تا سرگرمی و حمل و نقل.
در این راهنمای مقدماتی، یادگیری ماشینی را بررسی خواهیم کرد. شما در این راهنما خواهید آموخته که یادگیری ماشینی چیست، چگونه کار می‌کند، و چرا اهمیت دارد. چه هیچ دانش قبلی در این حوزه نداشته باشید و چه دانش اندکی داشته باشید ولی به دنبال یادگیری بیشتر در این حوزه هستید، این راهنما پله شما برای ورود به دنیای جذاب یادگیری ماشینی است. 


هوش ماشینی آخرین اختراعی است که بشریت نیاز به انجام آن خواهد داشت.

نیک بوستروم

رئیس موسسه تحقیقات آینده بشری در دانشگاه آکسفورد

یادگیری ماشینی چیست؟

یادگیری ماشینی هرچند اصطلاحات و پیچیدگی‌های مختص خود را دارد، اما هسته اصل آن را آموزش کامپیوترها برای یادگیری از داده‌ها و تصمیم‌گیری یا پیش‌بینی تشکیل می‌دهد. در حقیقت می‌توانید یادگیری ماشینی را زاییده علم کامپیوتر و آمار در نظر بگیرید که برای تقلید از توانایی انسان برای یادگیری از تجربه طراحی شده است. اما چه چیزی یادگیری ماشینی را تا تحولی این حد انقلابی ساخته است؟

چرا یادگیری ماشینی یک تغییر دهنده روند بازی در زندگی انسان‌ها است؟

الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند کوه‌هایی از داده‌ها را غربال کنند تا الگوها را بیابند و تصمیم بگیرند، و همه این کارها را با سرعت و دقتی که از توانایی‌های انسان پیشی می‌گیرد، انجام می‌دهند. به همین دلیل است که صنایع مختلف از مراقبت‌های بهداشتی گرفته تا امور مالی سرمایه‌گذاری زیادی روی این فناوری می‌کنند.به گفته موسسه معتبر مشاوره مک‌کینزی آمریکا، یادگیری ماشینی می‌تواند تا 5.8 تریلیون دلار ارزش سالانه در کسب و کارهای مختلف ایجاد کند.

انواع یادگیری ماشینی

درک یادگیری ماشینی با شناخت انواع آن شروع می‌شود که هر کدام از این انواع، رویکرد و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند:

  • یادگیری نظارت شده:
    این ساده ترین نوع یادگیری ماشینی است. تصور کنید با استفاده از فلش کارت به کودک یاد دهید حیوانات را بشناسد. شما یک عکس (ورودی) نشان می‌دهید و نام حیوان را می گویید (خروجی). به طور مشابه، یادگیری تحت نظارت از داده‌های برچسب‌گذاری شده برای پیش‌بینی نتایج استفاده می‌کند. به عنوان مثال، موجب تقویت سیستم‌های امتیازدهی اعتباری که ریسک وام دادن به افراد را ارزیابی می کنند، می‌شود.
  • یادگیری بدون نظارت:
    کارآگاهی را تصور کنید که در اتاقی پر از شواهد اما بدون جرم خاصی برای حل کردن، جستجو و کندوکاو می کند. این روش، الگوهای پنهان در داده‌ها را پیدا می‌کند و اغلب در تقسیم‌بندی مشتریان کسب و کارها به لحاظ رفتاری در دسته‌های مشابه همدیگر و نیز تجزیه و تحلیل رسانه‌های اجتماعی استفاده می‌شود. به عنوان مثال اپلیکیشن پخش موزیک اسپاتیفای از یادگیری بدون نظارت برای دسته‌بندی آهنگ‌های مشابه استفاده می‌کند و لیست‌های پخش موزیک را در اختیار شما قرار می‌دهد که احساس می‌کنید با توجه به علایق و سلیقه شما به طور اختصاصی برایتان شخصی سازی شده است.
  • یادگیری تقویت شده
    یک بازی ویدیویی را تصور کنید که در آن شخصیت شما یاد می‌گیرد از موانع دوری کند و جوایزی را جمع‌آوری کند. یادگیری تقویتی در مورد تعامل و بازخورد است. الگوریتم با انجام دادن و تنظیم اقدامات خود بر اساس پاداش‌ها یا جریمه‌هایی که دریافت می کند، یاد می‌گیرد. بنا به گفته دکتر ریچارد ساتون، از محققان پیشگام در یادگیری تقویتی "یادگیری تقویتی مانند یک سیستم یادگیری آزمون و خطا است. این سیستم نزدیک ترین روش به شیوه‌ای است که انسان‌ها یاد می‌گیرند."

سنگ‌بناهای یادگیری ماشینی

مدل‌های یادگیری ماشینی با استفاده از الگوریتم‌ها ساخته می‌شوند - مجموعه‌ای از قوانین یا دستورالعمل‌هایی که کامپیوتر از آنها پیروی می‌کند. این الگوریتم‌ها با کمک داده‌ها آموزش داده می‌شوند که این داده‌ها به دو مجموعه تقسیم می‌شوند: داده های آموزشی و داده های تست. داده های آموزشی به مدل کمک می‌کند تا یاد بگیرد، در حالی که داده های تست دقت آن را ارزیابی می‌کند. طبق مطالعه منتشر شده در نشریه معتبر نیچر، در مراقبت‌های بهداشتی، الگوریتم‌های یادگیری ماشینی که بر روی مجموعه داده‌های بزرگ آموزش داده شده‌اند، به نرخ دقت تشخیصی تا ۹۴.۶ درصد برای شرایط خاص دست یافته‌اند. 



یادگیری ماشینی فقط یک پیشرفت تکنولوژیکی نیست بلکه یک تغییر پارادایم است. توانایی این فناوری در یادگیری از داده‌ها و بهبود در طول زمان، مرزهای جدیدی را در حل مسئله و تصمیم‌گیری باز می‌کند. همانطور که به سمت دنیایی که به طور فزاینده داده محور است پیش می رویم، درک این ابزار قدرتمند نه تنها سودمند، بلکه ضروری می شود.

تا اینجای این راهنما در ۱۰ ثانیه!

becomexpert

کاربردهای یادگیری ماشینی

یادگیری ماشینی صرفا یک موضوع آکادمیک نبوده بلکه ابزاری عملی است که کسب و کارها را متحول می‌کند و کیفیت زندگی ما را بهبود می‌بخشد. برنامه‌های کاربردی یادگیری ماشینی در همه جا، از مراقبت‌های بهداشتی و مالی گرفته تا سرگرمی و حمل و نقل، وجود دارد. بیایید برخی از این برنامه‌های کاربردی پیشگامانه را بررسی کنیم.

نمونه اول: مراقبت های بهداشتی

یادگیری ماشینی با بهبود تشخیص، پیش‌بینی نتایج درمان روی بیمار و شخصی‌سازی برنامه‌های درمانی، مراقبت‌های بهداشتی را متحول می‌کند.

  • تشخیص:
    الگوریتم‌ها می‌توانند تصاویر پزشکی مانند اشعه ایکس و ام آر آی را برای تشخیص بیماری‌هایی مانند سرطان در مراحل اولیه تجزیه و تحلیل کنند. به عنوان مثال یک مطالعه در نشریه نیچر گزارش داد که الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند سرطان سینه را با دقت 94.5٪ شناسایی کنند و مطمئنا این آمار هر لحظه بهو.
  • کشف دارو:
    یادگیری ماشینی فرآیند کشف دارو را با تجزیه و تحلیل فعل و انفعالات بیوشیمیایی پیچیده سرعت می‌بخشد. به طور مثال استارت آپ، از یادگیری ماشینی برای یافتن دو دارویی استفاده کرد که می‌توانند به طور قابل توجهی عفونت ابولا را در یک روز کاهش دهند.

نمونه دوم: مدیریت دارایی، امور مالی، سرمایه‌گذاری

بخش مالی از یادگیری ماشینی برای ارزیابی ریسک، کشف تقلب و خدمات به مشتریان استفاده می‌کند.

  • ارزیابی ریسک:
    مدل‌های امتیازدهی اعتباری از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی برای پیش‌بینی احتمال عدم پرداخت وام توسط مشتری استفاده می‌کنند. به طور مثال در سطح بین‌المللی شرکت‌هایی مانند آپ‌استارت از یادگیری ماشینی برای تایید وام برای کسانی که سابقه اعتباری طولانی‌مدت ندارند، استفاده می‌کنند.
  • تشخیص تقلب:
    یادگیری ماشینی می‌تواند میلیون‌ها تراکنش را برای شناسایی فعالیت‌های بالقوه متقلبانه تجزیه و تحلیل کند. به طور مثال طبق آمار شرکت کی‌پی‌ام‌جی، الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند تا 54 درصد موارد مواردی که یک سیستم به اشتباه یک تراکنش قانونی را تقلبی تشخیص می‌دهد (موارد مثبت کاذب)، کاهش دهند.
becomexpert | Internship Programs
برنامه‌های کارآموزی
از هوش مصنوعی تا علم داده

یادگیری ماشینی را در برنامه‌های کارآموزی بین‌المللی becomexpert زیر نظر مربیان با تجربه یاد بگیرید و از تجربیات خبرگان شرکت‌های معتبر داخلی و بین‌المللی بیازموزید. همچنین پروژه‌های عملی در این حوزه انجام داده و در اولویت استخدام ده‌ها شرکت معتبر قرار بگیرید.

نمونه سوم: سرگرمی

صنعت سرگرمی یکی از اولین پذیرندگان یادگیری ماشین بوده است.

  • یادگیری نظارت شده:
    سیستم‌های توصیه: سرویس‌هایی مانند نتفیلیکس و اسپاتیفای از یادگیری ماشینی برای شخصی‌سازی تجربیات کاربران خود استفاده می‌کنند. 
  • تولید محتوا:
    الگوریتم‌ها می‌توانند در فیلمنامه‌نویسی، آهنگسازی و حتی طراحی بازی‌های ویدیویی کمک کنند. به طور مثال، فیلمنامه فیلم کوتاه «سان‌اسپرینگ» توسط یک الگوریتم یادگیری ماشین نوشته شده است.

نمونه چهارم: حمل و نقل

یادگیری ماشینی ستون فقرات وسایل نقلیه خودران و سیستم‌های حمل و نقل هوشمند است.

  • خودروهای خودران:
    الگوریتم‌ها داده‌های حسگرها را در زمان واقعی (در لحظه) پردازش می‌کنند تا مسیریابی و تصمیم‌گیری کنند. به طور مثال پروژه خودروهای خودران گوگل که وایمو نام دارد، به لطف یادگیری ماشینی، بیش از 20 میلیون مایل را در جاده های عمومی رانندگی کرده است.
  • پیش‌بینی ترافیک:
    یادگیری ماشینی می‌تواند الگوهای ترافیک را برای پیش‌بینی تراکم در عبور و مرور و پیشنهاد مسیرهای جایگزین تجزیه و تحلیل کند. به طور مثال در آزمایش‌ها، الگوریتم‌های یادگیری ماشینی ازدحام ترافیک را تا ۲۵ درصد کاهش داده‌اند.



یادگیری ماشینی فقط یک پدیده شگفت‌آور فناورانه نیست، بلکه نیرویی دگرگون‌کننده است که کاربردهای آن زندگی ما را بهتر، تراکنش‌های ما را ایمن تر و مراقبت های بهداشتی ما را موثرتر می‌نماید. به طوری که رید هستینگز، مدیرعامل نتفلیکس می‌گوید: "قدرت یادگیری ماشینی در سرگرمی، توانایی آن در درک احساسات انسانی است."

تا اینجای این راهنما در ۱۰ ثانیه!

becomexpert

یادگیری ماشین چگونه کار می کند؟

همانطور که پیش‌تر اشاره شد، یادگیری ماشین هر چند ممکن است موضوعی پیچیده و پر از الگوریتم ها و اصطلاحات تخصصی به نظر برسد، اما در هسته آن، یک رویکرد سیستماتیک برای یافتن الگوها در داده‌ها و تصمیم‌گیری آگاهانه است. بیایید این فرآیند را رمزگشایی کنیم و بفهمیم که یادگیری ماشینی واقعا چگونه عمل می‌کند.

فرآیند یادگیری

یادگیری ماشینی شبیه به آموزش خواندن به کودک است. شما با الفبا شروع می‌کنید، به کلمات و سپس جملات می‌روید. به طور مشابه، مدل‌های یادگیری ماشینی با داده‌های اولیه شروع می‌شوند و به تدریج الگوهای پیچیده را یاد می‌گیرند.

  • داده‌های آموزشی:
    داده‌های آموزشی را می‌توانید مانند کتاب درسی در نظر بگیرید که کامپیوتر از آن یاد می‌گیرد. به عنوان مثال، برای آموزش تشخیص ایمیل‌های هرزنامه به دستگاه، هزاران ایمیل با برچسب «هرزنامه» یا «غیر هرزنامه» به آن داده می‌شود.  در پردازش زبان طبیعی، برخی از مدل‌های یادگیری ماشین بر روی مجموعه داده‌هایی که بیش از ۴۰ میلیون کلمه را شامل می‌شوند، آموزش داده می‌شوند.
  • داده‌های تست:
    این داده‌ها در حقیقت امتحانی است که از ماشین پس از یادگیری از کتاب درسی گرفته می‌شود. این دسته، مجموعه جداگانه‌ای از داده‌ها است که از آن برای ارزیابی اینکه مدل چقدر خوب یاد گرفته است استفاده می‌شود. به طور مثال در تشخیص پزشکی، یک مدل یادگیری ماشینی ممکن است بر روی هزاران عکسبرداری انجام شده با اشعه ایکس آموزش داده شود، اما روی چند صد مورد تست شود که مدل آن‌ها را تا به حال ندیده است.

الگوریتم ها و مدل‌ها

قلب یادگیری ماشینی الگوریتم‌های آن است که مانند روش‌های آموزشی است که برای آموزش کودک استفاده می‌شود.

  • درخت‌های تصمیم:
    تصور کنید با تقسیم کردن مسائل به سوالات کوچکتر به یک کودک ریاضی آموزش دهید. درخت‌های تصمیم نیز به همین ترتیب عمل می کنند. آنها داده‌ها را به زیر مجموعه‌های کوچکتر تقسیم می‌کنند. به طور مثال شرکت آی‌بی‌ام از درخت‌های تصمیم در پلتفرم هوش مصنوعی خود، واتسون، برای کمک به تشخیص پزشکی استفاده می‌کند.
  • شبکه‌های عصبی:
    این شبکه‌ها از مغز انسان الهام می‌گیرند و به ویژه در تشخیص الگوها در تصاویر، گفتار و متن به خوبی عمل می‌کنند. جفری هینتون، پیشگام در زمینه شبکه های عصبی، در همین زمینه می‌گوید: "شبکه‌های عصبی در حال ایجاد تحول در نحوه تعامل ما با ماشین‌ها هستند" 

ویژگی‌ها و برچسب‌ها

در یادگیری ماشینی، ویژگی‌ها مانند سؤالات یک امتحان هستند و برچسب‌ها پاسخ صحیح هستند.

  • ویژگی‌ها:
    ویژگی‌ها می‌توانند شامل هر چیزی باشند، از سن و درآمد یک فرد در مدل امتیازدهی اعتبار برای دریافت وام گرفته تا پیکسل‌های یک تصویر در سیستم تشخیص چهره. به طور مثال در پیش بینی آب و هوا، ویژگی‌ها می‌تواند شامل دما، رطوبت و سرعت باد باشد.
  • برچسب‌ها:
    اینها نتایجی هستند که مدل سعی در پیش‌بینی آنها دارد. در فیلتر ایمیل‌های هرزنامه (اسپم)، برچسب‌ها "هرزنامه" یا "غیر هرزنامه" هستند. برچسب‌گذاری داده ها یک کار بسیار مهم است و شرکت هایی مانند آمازون مکانیکال ترک کل کسب و کار خود را حول آن ایجاد کرده اند.



درک یادگیری ماشینی نیازی به مدرک دکترا ندارد بلکه نیازمند شناخت مواردی نظیر الگوها، تصمیم گیری آگاهانه و بهبود مستمر است که بسیار شبیه نحوه یادگیری انسان هاست. همزمان با عصری که داده‌ها در آن به لحاظ ارزشمند بودن همانند نفت عصر جدید هستند، دانستن اینکه چگونه آن‌ها را پالایش کنیم، مهارتی است که هر روز ارشمندتر می‌شود.

تا اینجای این راهنما در ۱۰ ثانیه!

becomexpert

یادگیری ماشینی در برابر برنامه نویسی سنتی

در عصر دیجیتال، درک تفاوت بین یادگیری ماشین و برنامه‌نویسی سنتی شبیه به دانستن تفاوت بین تلفن هوشمند و تلفن ثابت است. هر دو اهداف مشابهی را دنبال می‌کنند اما به روش های بسیار متفاوت. بیایید بررسی کنیم که چگونه یادگیری ماشین از پارادایم های برنامه نویسی سنتی متمایز می‌شود.

رویکرد مبتنی بر قوانین

در برنامه نویسی سنتی، توسعه دهندگان دستورالعمل‌های صریح را برای کامپیوتر می‌نویسند تا از آن پیروی کند که چیزی مشابه با آشپزی با یک دستور پخت دقیق است. شما دقیقا می دانید از چه موادی استفاده کنید و چه مراحلی را که باید دنبال کنید. به عنوان مثال: برنامه‌نویسان برای ساخت یک برنامه آب و هوا قوانینی مانند: "اگر رطوبت > 90٪ باشد، آنگاه «احتمال باران زیاد» را نمایش بده." می‌نویسند.

رویکرد یادگیری

از سوی دیگر، یادگیری ماشینی بیشتر شبیه این است که به فردی بیاموزید چگونه آشپزی (به مفهوم کلی آن) کند. شما دستورالعمل‌ها و مثال‌های (داده‌ها) کلی را به آنها ارائه می‌دهید، و آنها یاد می‌گیرند که بر پایه این موارد، تصمیم بگیرند. 

تفاوت کلیدی

اصل تفاوت در انطباق‌پذیری نهفته است. برنامه‌های سنتی ثابت هستند و از قوانین از پیش تعریف شده پیروی می‌کنند. در برابر اما مدل‌های یادگیری ماشینی پویا هستند. آنها از داده‌ها یاد می گیرند و در طول زمان بهبود می‌یابند که این امر به نوبه خود آنها را با تغییرات سازگارتر می‌کند. طبق گزارش شرکت اکسنچر، الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند با تطبیق با اطلاعات جدید، فرآیندهای کسب‌وکار را تا ۴۰ درصد بهبود بخشند.



در برنامه نویسی سنتی، تمرکز بر روی کد است. در یادگیری ماشینی، تمرکز روی داده ها تغییر می کند.

یان لی‌کان

مدیر تحقیقات هوش مصنوعی در فیس بوک

جمع‌بندی

یادگیری ماشینی چیزی بیش از یک پیشرفت شگفت‌انگیز در حوزه فناوری است. در حقیقت یادگیری ماشینی یک نیروی دگرگون کننده است که کسب و کارها و زندگی روزمره ما را تغییر می‌دهد. از مراقبت‌های بهداشتی و امور مالی گرفته تا سرگرمی و فراتر از آن، کاربردهای آن بسیار زیاد و پتانسیل آن بی حد و حصر است. همانطور که ما در دنیایی که به طور فزاینده‌ای مبتنی بر داده‌ها است حرکت می‌کنیم، درک این ابزار قدرتمند نه تنها سودمند، بلکه ضروری است.

سوالات متدوال درباره یادگیری ماشینی

  • یادگیری ماشینی چیست؟
    یادگیری ماشینی زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی است که کامپیوترها را قادر می‌سازد تا از داده‌ها یاد بگیرند و بدون اینکه قوانین از پیش تعیین شده، تصمیم‌گیری یا پیش‌بینی کنند.
  • آیا برای شروع یادگیری ماشینی به پیشینه برنامه نویسی نیاز دارم؟
    نه، پیشینه برنامه نویسی اگرچه می تواند مفید باشد ولی شما لزوماً به نیاز ندارید.  ابزارهای زیادی برای هر فردی، حتی بدون هیچ زمینه قبلی در این حوزه، وجود دارد که می‌تواند به شما در شروع به  کار کمک نماید. برای نمونه می‌توانید در برنامه‌های کارآموزی در حوزه‌های هوش مصنوعی،‌علم داده و برنامه‌نویسی پایتون شرکت کنید.
  • یادگیری ماشینی چه تفاوتی با برنامه‌نویسی سنتی دارد؟
    در برنامه نویسی سنتی، توسعه‌دهندگان دستورالعمل های مشخص و واضح را برای کامپیوتر می‌نویسند تا از آنها پیروی کند. در یادگیری ماشینی، الگوریتم از داده ها برای تصمیم گیری یا پیش‌بینی یاد می‌گیرد.
  • انواع اصلی یادگیری ماشین چیست؟
    انواع اصلی یادگیری ماشینی عبارتند از: یادگیری تحت نظارت، یادگیری بدون نظارت و یادگیری تقویتی. هر کدام مجموعه‌ای از کاربردها و روش‌های خاص خود را برای آموزش الگوریتم‌ها دارند.
  • چگونه می توانم در حوزه یادگیری ماشینی استخدام شوم؟
    شما می‌توانید با خواندن مقالات تحقیقاتی و کار کردن روی پروژه‌های عملی رزومه خود را در حوزه یادگیری ماشینی تقویت کنید. همچنین می‌توانید با شرکت در برنامه‌های کارآموزی در حوزه‌های مرتبط با یادگیری ماشینی، علاوه بر یادگیری عملی مفاهیم و کاربردهای آن زیر نظر مدرسین با تجربه، در اولویت استخدام شرکت‌های معتبر قرار بگیرید.

becomexpert

گروه بین‌المللی توسعه فرصت‌های 
کارآموزی و ارتقای شغلی

تهران، شهرک غرب، بلوار دریا، پلاک ۱۶
تلفن: ۰۲۱۸۸۵۶۰۹۲۸