Η Μηχανική Μάθηση έχει αυξηθεί σε δημοτικότητα τα τελευταία χρόνια. Ενώ είναι μια παλιά επιστήμη, σχεδόν τόσο παλιά όσο και η ίδια η επιστήμη των υπολογιστών, μόλις πρόσφατα έγινε δημοφιλής και συνηθισμένη.
Αυτό οφείλεται στη διαθεσιμότητα μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων και υπολογιστικής ισχύος για εκπαίδευση. Έχει επίσης γίνει μια προσοδοφόρα εξειδίκευση για μηχανικούς λογισμικού και αυτό το άρθρο είναι ένας οδηγός για τις γλώσσες προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται για τη μηχανική εκμάθηση.
Πίνακας περιεχομένων
Τι είναι η Μηχανική Μάθηση;
Η Μηχανική Μάθηση είναι ο κλάδος της Τεχνητής Νοημοσύνης όπου κατασκευάζουμε μηχανές (προγράμματα υπολογιστών) που συνάγουν κανόνες σχετικά με τον τρόπο παραγωγής της σωστής εξόδου δεδομένης οποιασδήποτε εισόδου μαθαίνοντας από δεδομένα.
Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τον κανονικό προγραμματισμό, όπου λέμε ρητά στον υπολογιστή πώς να παράγει την έξοδο δεδομένης κάθε εισόδου χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο που σχεδιάσαμε. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε περιπτώσεις όπου δεν ξέρουμε ρητά πώς να παράγουμε τα δεδομένα εισόδου ή δεν είναι βολικό για εμάς να καταγράψουμε ρητά τον αλγόριθμο.
Δεξιότητες για Μηχανική Μάθηση
- Προγραμματισμός – Η Μηχανική Μάθηση περιλαμβάνει τη σύνταξη κώδικα για τη δημιουργία και την εκπαίδευση των διαφορετικών μοντέλων. Επομένως, είναι σημαντικό να μάθετε να γράφετε προγράμματα. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει ποιες γλώσσες προγραμματισμού για μηχανική εκμάθηση πρέπει να μάθετε.
- Μαθηματικά – Τα Μαθηματικά εμπλέκονται επίσης πολύ στη Μηχανική Μάθηση. Το πόσο εμπλέκονται τα Μαθηματικά εξαρτάται από το πόσο βαθιά θέλετε να κατανοήσετε τη μηχανική μάθηση. Για τις περισσότερες περιπτώσεις, αρκεί η γνώση της γραμμικής άλγεβρας, του λογισμού, των πιθανοτήτων και της στατιστικής.
- Βάσεις δεδομένων – Είναι επίσης χρήσιμο να γνωρίζετε πώς να αλληλεπιδράτε με βάσεις δεδομένων. Συγκεκριμένα, οι βάσεις δεδομένων SQL καθώς αυτές είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μηχανική εκμάθηση περιλαμβάνει πολλά δεδομένα και πρέπει να ξέρετε πώς να τα ρωτήσετε αποτελεσματικά. Η βασική SQL θα πρέπει να είναι αρκετή.
Καλύτερες γλώσσες προγραμματισμού μηχανικής εκμάθησης
Αυτή είναι μια λίστα με τις καλύτερες γλώσσες για εκμάθηση για μηχανική εκμάθηση. Αν και αυτή η λίστα δεν είναι εξαντλητική, προτείνει τα λίγα που νομίζω ότι είναι πιο χρήσιμα στον κλάδο.
Γλώσσες χαμηλού επιπέδου για μηχανική μάθηση
Οι γλώσσες χαμηλού επιπέδου στη Μηχανική Εκμάθηση θεωρούνται γενικά πιο δύσκολες στην εκμάθηση και χρήση. Ωστόσο, προσφέρουν το μεγάλο πλεονέκτημα της ταχύτητας και της αποτελεσματικότητας.
Στη Μηχανική Εκμάθηση, όπου απλές λειτουργίες εκτελούνται εκατομμύρια φορές σε μεγάλα σύνολα δεδομένων, η ταχύτητα εκπαίδευσης είναι σημαντική. Οι ελαφρώς πιο γρήγορες λειτουργίες μπορεί να είναι η διαφορά μεταξύ της προπόνησης σε λίγα λεπτά και της προπόνησης σε ώρες, ημέρες ή και περισσότερο. Οι πιο κοινές γλώσσες χαμηλού επιπέδου είναι η R, η C++ και η Java.
R
Η R είναι μια από τις σημαντικότερες γλώσσες που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη δεδομένων μαζί με την Python. Είναι μια στατιστική γλώσσα με εξαιρετικά χαρακτηριστικά οπτικοποίησης. Λόγω της εστίασής της στο να είναι μια στατιστική γλώσσα, είναι ευκολότερο να εργαστεί κανείς με τη στατιστική παρά σε γλώσσες γενικού σκοπού.
Αυτό συμβαίνει επειδή παρέχει ενσωματωμένες λειτουργίες για κοινές εργασίες που διαφορετικά θα χρειάζονταν πακέτα σε διαφορετικές γλώσσες. Για παράδειγμα, έχει ενσωματωμένους τύπους δεδομένων για αντικείμενα όπως διανύσματα και πίνακες.
Εκτός από τις ενσωματωμένες λειτουργίες, το R διαθέτει πακέτα όπως το Lattice, το DataExplorer, το Caret και το Janiot που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη μηχανική εκμάθηση. Ως αποτέλεσμα, έχει γίνει μια από τις καλύτερες γλώσσες προγραμματισμού για μηχανική εκμάθηση. Αν θέλετε να μάθετε R, δείτε πώς να ξεκινήσετε.
C++
Η C++ είναι η ταχύτερη γλώσσα προγραμματισμού στον κόσμο λόγω του πόσο αποτελεσματικά μεταγλωττίζεται σε γλώσσα μηχανής. Λόγω της ταχύτητάς της, η C++ είναι μια καλή γλώσσα προγραμματισμού μηχανικής εκμάθησης.
Διαθέτει πλούσια υποστήριξη βιβλιοθήκης για την υλοποίηση λειτουργιών που συνήθως χρειάζονται στη μηχανική εκμάθηση. Αυτά περιλαμβάνουν το SHARK και το MLPack. Στην πραγματικότητα, τα πιο δημοφιλή πακέτα Python που χρησιμοποιούνται για μηχανική εκμάθηση, όπως τα PyTorch και Tensorflow, υλοποιούνται με C++ κάτω από την κουκούλα.
Η C++ σάς επιτρέπει να βελτιστοποιήσετε τη χρήση πόρων όπως λειτουργίες μνήμης, CPU και GPU. Ως αποτέλεσμα, εάν είστε καλοί στη C++, μπορείτε να γράψετε μοντέλα με πιο αποδοτικά και να μειώσετε το μέγεθος της προπόνησης.
Ιάβα
Η Java είναι μια από τις πιο δημοφιλείς γλώσσες προγραμματισμού στον κόσμο που χρησιμοποιείται κυρίως για την πανταχού παρουσία και την αξιοπιστία της. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή εταιρικών εφαρμογών από μερικές από τις μεγαλύτερες εταιρείες τεχνολογίας στον κόσμο.
Η Java είναι ιδανική για μηχανική εκμάθηση επειδή είναι ταχύτερη από άλλες γλώσσες, όπως η Python. Χρησιμοποιείται από εταιρείες όπως το Netflix και το LinkedIn για την κατασκευή αγωγών μηχανικής μάθησης.
Ενσωματώνεται καλά σε λύσεις διαχείρισης μεγάλων δεδομένων όπως το Apache Kafka και κατανεμημένα υπολογιστικά πλαίσια όπως το Apache Spark και το Hadoop. Η βιβλιοθήκη εργαλείων του για βαθιά μάθηση περιλαμβάνει τα DeepLearning4J, ELKI, JavaML, JSat και Weka. Ο συνδυασμός ταχύτητας, αξιοπιστίας και εκτεταμένης βιβλιοθήκης της Java την καθιστούν μια άλλη καλή γλώσσα προγραμματισμού για τη Μηχανική Εκμάθηση.
Γλώσσες Μεσαίου Επιπέδου
Οι γλώσσες μεσαίου επιπέδου μπορούν να θεωρηθούν ως συμβιβασμός μεταξύ γλωσσών χαμηλού και υψηλού επιπέδου. Προσπαθούν να αξιοποιήσουν το καλύτερο και από τους δύο κόσμους και, ως αποτέλεσμα, παρέχουν κάποια αφαίρεση που απλοποιεί τον κώδικα και την ταχύτητά σας που διατηρεί τα μοντέλα σας αποδοτικά. Οι πιο δημοφιλείς γλώσσες αυτής της κατηγορίας είναι η Julia και η Lisp.
Τζούλια
Η Julia είναι μια γλώσσα προγραμματισμού γενικής χρήσης που χρησιμοποιείται συχνά για αριθμητική ανάλυση και υπολογιστική επιστήμη. Όπως και η Python, η Julia πληκτρολογείται δυναμικά, επομένως διευκολύνει την εργασία.
Στην πραγματικότητα, έχει σχεδιαστεί για να είναι τόσο εύκολο και απλό στη χρήση όσο η Python. Ωστόσο, αποφεύγει τα ζητήματα απόδοσης της Python και προσπαθεί να είναι τόσο αποδοτική όσο η γλώσσα προγραμματισμού C. Ένα από τα πλεονεκτήματα της Julia είναι ότι ο διανυσματικός κώδικας εκτελείται μόνο ελαφρώς πιο γρήγορα από τον αποβυσματοποιημένο κώδικα. Αυτό καθιστά σχεδόν περιττή τη διανυσματοποίηση του κώδικα.
Η Julia έχει επίσης πολλά πακέτα για την κατασκευή μοντέλων μηχανικής εκμάθησης. Τη στιγμή της συγγραφής, η Julia είχε περίπου 7400 πακέτα για την υλοποίηση πραγμάτων όπως Γραμμική Άλγεβρα, Νευρωνικά Δίκτυα, εισαγωγή και ανάγνωση δεδομένων και οπτικοποίηση δεδομένων. Για το λόγο αυτό, η Julia έχει θεωρηθεί η καλύτερη και πιο φυσική αντικατάσταση της Python στη Μηχανική Μάθηση.
Ψελλίζω
Η Lisp είναι μια γρήγορη γλώσσα προγραμματισμού που υπάρχει από το 1960, καθιστώντας την τη δεύτερη παλαιότερη γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται ακόμα. Το παλαιότερο είναι το Fortran.
Με την πάροδο του χρόνου, το Lisp άλλαξε και έχουν εμφανιστεί πολλές διάλεκτοι. Το πιο συνηθισμένο ονομάζεται Common Lisp. Είναι πολλαπλών παραδειγμάτων και υποστηρίζει τόσο δυναμική όσο και ισχυρή πληκτρολόγηση.
Είναι εξαιρετικό για την τεχνητή νοημοσύνη και τη μηχανική μάθηση ειδικά επειδή σας δίνει τη δυνατότητα να δημιουργήσετε προγράμματα που υπολογίζουν καλά με σύμβολα. Το Lisp είναι ευέλικτο, επιτρέποντάς σας να κωδικοποιείτε σε δυναμικά και ισχυρά παραδείγματα πληκτρολόγησης.
Είναι επίσης γρήγορο, μειώνοντας έτσι τον χρόνο εκπαίδευσης για τα μοντέλα σας. Επιπλέον, το Lisp σάς επιτρέπει να ορίσετε τη δική σας υπογλώσσα για να εργάζεστε με πιο σύνθετες καταστάσεις. Διαθέτει βιβλιοθήκες όπως MGL και CLML για την εκτέλεση κοινών εργασιών μηχανικής μάθησης.
Γλώσσες Προγραμματισμού Υψηλού Επιπέδου
Πύθων
Η Python είναι μακράν η πιο δημοφιλής γλώσσα για μηχανική μάθηση. Είναι μια γλώσσα γενικής χρήσης που ξεκίνησε το 1995. Έκτοτε, έχει αυξηθεί σε δημοτικότητα και έγινε η πιο χρησιμοποιούμενη γλώσσα προγραμματισμού συνολικά.
Αυτό δεν είναι τυχαίο. Μάλλον, είναι επειδή η Python σχεδιάστηκε για να είναι κομψή και απλή. Αυτό το καθιστά εύκολο στην εκμάθηση και φιλικό προς τους αρχάριους, ακόμη και για άτομα που δεν έχουν εμπειρία προγραμματισμού.
Λόγω της δημοτικότητάς της, η Python έχει μια μεγάλη κοινότητα και πολλούς πόρους για μάθηση. Διαθέτει επίσης βιβλιοθήκες για μηχανική εκμάθηση, όπως Tensorflow και PyTorch, αριθμητικούς υπολογισμούς, όπως το NumPy, και διαχείριση δεδομένων, όπως τα Pandas. Επειδή η Python μπορεί να διασυνδέεται με προγράμματα γραμμένα σε C++ και C, είναι επεκτάσιμη από βιβλιοθήκες γραμμένες σε αυτές τις γλώσσες για να γίνει πιο γρήγορο. Έτσι γράφονται οι περισσότερες βιβλιοθήκες μηχανικής μάθησης Python. Αυτό επιτρέπει στον κώδικα Python σας να είναι αποτελεσματικός.
Ως αποτέλεσμα, η Python είναι η πιο δημοφιλής γλώσσα για μηχανική μάθηση και αυτή που πρέπει οπωσδήποτε να μάθετε.
JavaScript
Η JavaScript είναι μια από τις πιο δημοφιλείς γλώσσες προγραμματισμού στον κόσμο. Ενώ ξεκίνησε ως γλώσσα για τη δημιουργία σεναρίων ιστοσελίδων, από τότε έχει εξελιχθεί σε μια ευέλικτη γλώσσα που χρησιμοποιείται σχεδόν για οτιδήποτε.
Οι χρήσεις του περιλαμβάνουν τη σύνταξη κώδικα από την πλευρά του διακομιστή, τη δημιουργία εφαρμογών για επιτραπέζιους υπολογιστές και κινητές συσκευές και τη δημιουργία μοντέλων μηχανικής εκμάθησης. Η δύναμη της JavaScript ως γλώσσας μηχανικής μάθησης έγκειται στην πανταχού παρουσία της. Δηλαδή, οι περισσότερες συσκευές μπορούν να εκτελούν κώδικα JavaScript μόνο με ένα πρόγραμμα περιήγησης.
Ενώ οι περισσότερες συσκευές δεν διαθέτουν GPU για την εκτέλεση μεγάλων μοντέλων, μπορεί να εξακολουθεί να είναι επωφελές να εκπαιδεύσετε και να χρησιμοποιήσετε μικρότερα μοντέλα στο πρόγραμμα περιήγησης. Κάνοντας αυτό, μπορείτε να δημιουργήσετε μοντέλα που εκπαιδεύονται σε ευαίσθητα δεδομένα χρήστη χωρίς να χρειάζεται να τα στείλετε στον διακομιστή.
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε JavaScript για να εφαρμόσετε πιο γρήγορες προβλέψεις. Αυτό συμβαίνει επειδή οι περισσότερες εφαρμογές ML στέλνουν δεδομένα στον διακομιστή και επιστρέφουν προβλέψεις. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα της πρόβλεψης επιβραδύνεται από τον λανθάνοντα χρόνο της σύνδεσης, η οποία θα μπορούσε να δημιουργήσει μια κακή εμπειρία χρήστη.
Μπορείτε επίσης να δημιουργήσετε μοντέλα που εκτελούνται σε εφαρμογές για κινητά που έχουν δημιουργηθεί με το React Native. Οι βιβλιοθήκες μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιούν JavaScript περιλαμβάνουν τα ML5.js, Synaptic και Brain.js.
Γλώσσα που πρέπει να μάθετε για τη μηχανική μάθηση
Ενώ όλες αυτές οι γλώσσες είναι χρήσιμες για τη μηχανική εκμάθηση, θα έλεγα ότι η Python είναι απαραίτητη. Εκτός από την Python, μπορείτε να μάθετε άλλες γλώσσες όπως η Julia ή η C++ για να επιταχύνετε τον κώδικά σας, αλλά η πλειοψηφία της μηχανικής εκμάθησης γίνεται σε Python.
Αν λοιπόν θέλετε να γίνετε Μηχανικός Μηχανικής Μάθησης, θα πρέπει τουλάχιστον να γνωρίζετε την Python. Εκτός από τη γλώσσα Python, θα πρέπει επίσης να γνωρίζετε τη NumPy, μια βιβλιοθήκη Python για αριθμητικούς υπολογισμούς.
Διαβάστε επίσης: Βιβλία και μαθήματα για να μάθετε το NumPy σε ένα μήνα
Τελικές Λέξεις
Λόγω της δημοτικότητας και του οικοσυστήματος της, δεν νομίζω ότι η Python θα εξαφανιστεί σύντομα. Ως αποτέλεσμα, είναι μια χρήσιμη γλώσσα για εκμάθηση αν σας ενδιαφέρει να γίνετε μηχανικός μηχανικής εκμάθησης. Είναι επίσης πιο εύκολο στην εκμάθηση σε σύγκριση με άλλες γλώσσες και φιλικό προς τους αρχάριους. Είναι, λοιπόν, ιδανική πρώτη γλώσσα.
Μετά την Python, η C++ έχει νόημα, καθώς οι περισσότερες βιβλιοθήκες Python για μηχανική μάθηση είναι γραμμένες σε C++. Αυτό θα σας επιτρέψει να εργαστείτε όσο μπορείτε στις ίδιες τις βιβλιοθήκες και να επιταχύνετε τον κώδικα Python επεκτείνοντάς τον σε C++. Πέρα από αυτό, μπορείτε να επιλέξετε οποιαδήποτε άλλη γλώσσα επιλέξετε, όπως Julia ή R.
Στη συνέχεια, ελέγξτε τις γλώσσες προγραμματισμού που θα χρησιμοποιήσετε στην Επιστήμη των Δεδομένων.