1 之前的人工智能学习（监督学习 supervised learning）

相信所有人在学习人工智能的时候，都经过了几个阶段，从一开始简单的数据处理，到机器学习简单算法，然后再到深度学习。在长时间的学习积累后，大家可能会有一种感受，就算法本身来说，并不是越复杂就一定越好，并不是说解决一个问题时，你运用到了神经网络的知识，就一定要比一般的机器学习高端，最适合的才是最好的。

另一方面，在过去的学习过程中，可能不少人都有这样一种感受，觉得我们做的事情都有一个大前提，那就是我们事先已经知道了答案，比方说分类问题和回归问题，我们事先已经知道了猫是什么样的，狗是什么样的，然后我们就给数据创建训练集，测试集，设定好标签，通过我们现有的认知来训练计算机，像这样的机器学习方式就叫做监督学习。

监督学习最大的好处就是，一切都是已知的，通过这些模型的建立，我们就能非常容易地对事物进行判断和预测。但是这需要投入大量的人力进行前期的数据处理和标签制作，在这个过程中，很容易掺杂大量的感情因素，也可能会出现人的工作疏忽，导致送给机器的数据或数据标签本身就有问题（本人就遇到过，有些狗长得和猫很像啊）。

但是，在现实生活中，有很多需要处理的事情，我们事先其实并不知道答案，无法告诉计算机什么才是正确的，但是计算机经过训练后却可以达到人类的要求。

像这种事先并没有标准答案（没有标签）的训练方式就叫做无监督学习。

2 人工智能学习的新阶段（无监督学习 unsupervised learning）

相信不少刚接触人工智能的同学都会有一个疑问，如果我们事先不知道答案，就没有办法给数据设置标签，那计算机该怎么学习？

其实在无监督学习中，数据也是有标签的，而且数据的标签就是数据自己。

无监督学习的思路是，将一组数据送给一个神经网络后，得到一个输出，然后再将这个输出送入另一个网络，希望输出结果为最原始的输入数据。

我们平时在做监督学习的分类问题时，一般要分层多少类，输出就是一个一乘几的数组，但是现在的情况下，由于没有标签，输出结果的维度就和原始数据保持一致，希望能尽可能的把输入数据给还原出来。

其中，中间的那个输出被称为“颈部neck（）”。neck的维度没有规定大小，但是一般来说我们会进行降维操作，而且降维后的维度一般是二维或三维，这样做的目的在于比较容易做出可视化效果（三维以上长什么样画不出来啊），而且这样的可视化能相对完整地保留语义。

像这种把自己自动作为输出结果的标签的做法叫做Auto-Encoders。

3 如何训练

在看明白原理之后，有些同学可能会觉得很奇怪，这种无监督学习具体的应该怎么训练。

大家一定要搞明白，我们看一种思路能不能实现的本质是看这种loss的方程到底能不能求导。

之前，我们在做监督学习的时候，用的是下面这个方程，也就是想办法让输出结果和实际结果之间的差距尽可能缩小。

这个方程在无监督学习过程中也一样可以使用，但意义变成了希望输出结果和和原来的输入结果之间的差尽量小，差距越小就说明还原得越成功。

但是，如果我们拿到的图像是黑白的，也就是说，如果我们可以把一张图片转化为黑白图片，每一个像素点非零即一，那么，我们就可以使用下面这个公式：

这个公式里面，如果原图中原图的某一个像素如果是0，就会有一项消掉。剩下的就是比较判断出来的这个像素点是0或1的概率（概率只可能是0到1之间），让这个方程的结果越小，就说明训练出的模型越成功。

不管你用的是TensorFlow还是Cafe，你只要确定一个loss的算法是可导的，后面的求导过程交个工具就可以了。

4 降维

在出现深度学习之前，大家使用的降维方式是PCA。

PCA的原理其实很好理解。大家知道，高维空间的线性投影就是一个低维空间，依据这个方法，早期的计算机科学家得到了最初的降维效果。但是我们知道，自然界的大多数数据其实不可能是线性关系的，这样的投影方式导致了大量的有效信息缺失。

而Auto-Encoders是神经网络的做法，这里面的激活函数发挥了非常重要的作用，使得原有信息得到了极大程度的保留。

比方说，上面这张图，中间的那一行是Auto-Encoders的还原效果，相较于原图（第一行），确实丢失了一些信息，但是效果比第三行的PCA明显要好很多。

5 结语

这里对无监督学习做一些简单的介绍，其实也是为了帮自己做一点概括可梳理，之后的一些文章可能会主要转向非监督学习，之后会在实际的使用层面做一些比较详细的记录。

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