快速掌握AI算法基础：AI产品经理的“共同语言”入门指南

甜甜圈 Tina 2024-02-08 13:22:04

作为AI产品经理，常会被问到核心竞争力是什么，除了深度理解业务场景和专业的产品能力，掌握必要的AI算法知识是AI产研沟通的“共同语言基础”，所以市面上很多AI产品招聘的的条件都是算法专业。

然而对于非相关专业的AI产品或者想要转型AI产品的同学，算法知识晦涩难懂，如何用很短的时间快速入门，让你在AI领域更加游刃有余。

Q：机器学习、深度学习、强化学习定义及经典算法归类

机器学习是一种利用算法来让计算机从数据中学习并改进的技术。它通过对大量数据进行训练，使计算机能够自动地发现数据中的规律和模式，并用这些规律和模式来预测新的数据或做出决策。经典算法归类：

归因算法：线性回归、逻辑回归等。线性回归是一种通过找到最佳拟合直线来预测连续数值输出的算法。逻辑回归则是一种用于二分类问题的算法，它通过对输入特征进行逻辑函数变换来预测样本属于某一类别的概率。

分类算法：决策树、朴素贝叶斯、支持向量机等。决策树是一种基于树形结构的分类算法，它通过递归地划分数据集来构建分类模型。朴素贝叶斯是一种基于贝叶斯定理的分类算法，它假设特征之间相互独立，从而简化了分类问题的计算。支持向量机是一种二分类算法，它通过找到最优超平面来将不同类别的样本分开。

深度学习：机器学习的一个分支，它使用深度神经网络来模拟人脑的学习过程。深度神经网络是一种具有多层非线性变换的神经网络，能够自动地提取输入数据的特征，并逐层抽象出高级别的表示。经典算法归类：

神经网络：深度学习的核心算法是神经网络，包括前馈神经网络、卷积神经网络、循环神经网络等。前馈神经网络是一种最简单的神经网络形式，它通过多层感知器来实现输入到输出的映射。卷积神经网络则是一种专门用于处理图像数据的神经网络，它通过卷积层和池化层来提取图像特征。循环神经网络则是一种用于处理序列数据的神经网络，它通过记忆单元来捕捉序列中的时序信息。

强化学习：是一种让智能体通过与环境交互来学习策略的技术。在强化学习中，智能体通过感知环境状态并采取行动来获得奖励或惩罚，并根据这些反馈来调整自己的策略，以最大化累积奖励。经典算法归类：

值迭代算法：Q-Learning、SARSA等。这些算法通过估计每个状态-动作对的价值来找到最优策略。Q-Learning是一种离策略算法，它使用最大的预期奖励来更新Q值。SARSA则是一种在策略算法，它使用实际采取的行动来更新Q值。

策略梯度算法：REINFORCE、Actor-Critic等。这些算法直接对策略进行参数化，并通过梯度上升来最大化期望奖励。REINFORCE是一种基于蒙特卡罗采样的策略梯度算法，它使用奖励的累积和来更新策略参数。Actor-Critic则是一种结合了值函数和策略梯度的算法，它同时使用值函数来估计状态值，并使用策略梯度来更新策略参数。

Q：算法、算子和模型的定义和区别

1. 定义

算法：是一组明确规定的计算步骤，用于解决特定类型的问题或执行特定类型的计算。算法通常独立于任何特定的编程语言，但可以用任何编程语言来实现。

算子：在深度学习中，算子通常指的是一种特殊的函数或操作，用于对张量（多维数组）执行某种计算。这些计算可以是线性的、非线性的或其他类型的数学运算。

模型：在机器学习和深度学习中，模型是一个通过学习过程从数据中得出的表示。这个表示可以是数学方程、决策树、神经网络或其他形式，用于对新数据进行预测或分类。

2. 用途

算法：用于指导计算机如何解决问题或执行计算。算法本身不存储数据，但可以对输入的数据进行操作以产生输出。

算子：在深度学习中，算子被用来构建神经网络层和执行各种数学运算，以便从输入数据中学习有用的表示。

模型：模型是从数据中学习得出的，用于对新数据进行预测或分类。模型可以看作是一种“知识”的表示，它捕获了从训练数据中学习到的模式和关系。

3. 灵活性

算法：通常是固定的，但可以通过调整参数或选择不同的算法来优化性能。

算子：在深度学习中，可以通过组合不同的算子和层来创建各种复杂的神经网络结构。

模型：模型的结构和参数可以在训练过程中进行调整，以便更好地拟合数据。

总之，算法、算子和模型在机器学习和深度学习中各自扮演着不同的角色。算法提供了一组计算步骤来解决问题；算子在深度学习中用于执行数学运算和构建神经网络；而模型则是从数据中学习得出的表示，用于对新数据进行预测或分类。

Q：自然语言处理领域、大数据决策领域常见的算子都有哪些？

在自然语言处理领域：

文本清洗算子：用于去除文本中的无关字符、停用词、特殊符号等，以净化文本数据。

分词算子：将文本切分成一个个独立的词语或标记，这是许多NLP任务的基础。

词性标注算子：为每个词语赋予一个词性标签，如名词、动词、形容词等，有助于理解词语在句子中的作用。

命名实体识别算子：识别文本中的特定实体，如人名、地名、组织名等，对于信息抽取和语义理解非常重要。

情感分析算子：分析文本表达的情感倾向，如积极、消极或中立，常用于舆情分析和产品评论挖掘等。

文本相似度计算算子：衡量两个文本之间的相似程度，常用于信息检索、问答系统等领域。

文本嵌入算子：将文本转换为向量表示，以便进行数学运算和机器学习模型的输入。

在大数据决策领域：

数据聚合算子：对数据进行分组和汇总，计算总和、平均值、最大值、最小值等统计量，以了解数据的整体分布和特征。

数据过滤算子：根据特定条件筛选数据，只保留符合要求的记录，有助于缩小数据分析范围和提高分析效率。

数据排序算子：按照指定字段对数据进行排序，以便更好地观察数据的变化趋势和异常情况。

数据连接算子：将不同来源或格式的数据进行关联和整合，以便进行跨数据集的分析和挖掘。

预测算子：利用机器学习或统计模型对数据进行预测，预测未来趋势或结果，为决策提供支持。

优化算子：在给定约束条件下寻找最优解或最优策略，常用于资源分配、路径规划等问题中。

这些算子在实际应用中可能需要根据具体问题和数据特点进行选择和调整。同时，随着技术的发展和创新，还可能出现更多新型算子来应对复杂多变的数据分析需求。

Q：自然语言处理领域、大数据决策领域、图像识别领域常见的算法都有哪些？

1. 自然语言处理领域常见的算法

词袋模型：这是最早的以词为基本处理单元的文本向量化方法，通过构建一个包含语料库中所有词的词典，将每个词向量化，进而完成文本向量化。词袋模型存在维度灾难和语义鸿沟问题。

N-gram模型：N-gram是一种基于统计语言模型的算法，克服了维度灾难，并且大大提升了传统语言模型的性能。

隐马尔科夫模型（HMM）：HMM是一种统计模型，用来描述一个含有隐含未知参数的马尔科夫过程。其难点在于状态转移概率和每个状态对应的观察概率的确定。

条件随机场（CRF）：CRF是一种给定一组输入随机变量条件下另一组输出随机变量的条件概率分布模型，其特点是假设输出变量之间相互独立。CRF在自然语言处理中有广泛的应用，如分词、词性标注、命名实体识别等。

2. 大数据决策领域常见的算法

决策树算法：决策树是一种常见的分类算法，通过对数据进行训练和归纳，生成一颗树状的决策模型，用于对新数据进行分类和预测。

随机森林算法：随机森林是一种基于决策树的集成学习算法，通过构建多个决策树并结合它们的预测结果来提高模型的准确性和稳定性。

梯度提升决策树（GBDT）：GBDT是一种基于决策树的迭代式集成学习算法，通过不断地拟合残差来优化模型的性能。

逻辑回归算法：逻辑回归是一种广义的线性回归模型，常用于二分类问题。通过逻辑函数将线性回归的结果映射到(0,1)之间，得到样本点属于某一类别的概率。

支持向量机（SVM）：SVM是一种基于统计学习理论的分类算法，通过寻找一个超平面来最大化正负样本之间的间隔，从而实现分类。

3. 图像识别领域常见的算法

深度学习算法：

卷积神经网络（CNN）：CNN是深度学习领域中最常用的算法之一，特别适用于图像识别任务。它通过卷积层、池化层和全连接层等结构，能够自动提取图像特征并进行分类或识别。循环神经网络（RNN）及其变体：RNN适用于处理序列数据，如时间序列图像或视频流。它的变体，如长短时记忆网络（LSTM）和门控循环单元（GRU），能够更好地处理长期依赖关系，适用于复杂的图像识别任务。

机器学习算法：

支持向量机（SVM）：SVM是一种经典的分类算法，通过在高维空间中寻找最优超平面来分类图像。它对于小样本、高维数据和非线性问题具有较好的处理能力。

决策树和随机森林：决策树是一种基于树形结构的分类算法，易于理解和实现。随机森林则是多个决策树的集成，通过投票机制来提高分类性能。这些算法在图像识别中通常用于特征选择和分类器的构建。

模板匹配算法：模板匹配是一种基于像素比较的图像识别方法。它通过比较输入图像与预定义模板之间的相似度来识别目标对象。常见的模板匹配算法包括二维卷积和相关系数法等。

基于角点的算法：角点是图像中重要的局部特征之一，基于角点的算法通过检测图像中的角点并进行匹配来实现图像识别。常见的基于角点的算法包括Harris角点检测、SIFT（尺度不变特征变换）和SURF（加速鲁棒特征）等。

Q：LightGBM 和XG boost算法的区别

LightGBM和XGBoost都是基于梯度提升决策树（GBDT）的算法，但它们在实现方式、内存消耗和训练速度等方面存在一些差异。

算法实现方式：XGBoost使用基于预排序的决策树算法，而LightGBM则使用基于直方图的决策树算法。直方图算法将连续的特征值分桶离散化为一系列的bin，这降低了内存消耗并提高了训练速度。

决策树生长策略：XGBoost采用按层生长（level-wise）的策略，这种方式方便并行计算每一层的分裂节点，提高了训练速度，但同时也因为节点增益过小增加了很多不必要的分裂。而LightGBM则使用带有深度限制的按叶子生长（leaf-wise）策略，这种策略减少了计算量，配合最大深度的限制防止过拟合，但由于每次都需要计算增益最大的节点，所以无法并行分裂。

内存消耗：XGBoost在预排序后需要记录特征值及其对应样本的统计值的索引，这导致了较大的内存消耗。而LightGBM则采用了直方图算法将存储特征值转变为存储bin值，降低了内存消耗。此外，LightGBM在训练过程中采用互斥特征捆绑算法减少了特征数量，进一步降低了内存消耗。

类别特征处理：LightGBM支持类别特征，不需要进行独热编码处理，而XGBoost则需要将类别特征转换为数值特征才能进行处理。

总的来说，LightGBM相对于XGBoost在内存消耗和训练速度方面有一定的优势，尤其是在处理大规模数据集时。然而，具体选择哪种算法还需要根据具体的问题和数据集来进行评估。

Q：LSTM和light GBM的组合应用

LSTM（长短期记忆网络）和LightGBM是两种不同的机器学习模型，它们分别应用于不同的场景，并且没有直接的关联关系。

LSTM是一种递归神经网络（RNN）的变体，特别适合处理序列数据，如时间序列预测、自然语言处理等。它能够捕捉序列中的长期依赖关系，通过记忆单元和门结构来控制信息的流动。

LightGBM则是一种梯度提升决策树（GBDT）的改进实现，是一种快速、高效、分布式的梯度提升框架，用于处理大规模数据集并进行分类或回归任务。它采用基于树的学习算法，通过构建多个弱学习器并将其组合成一个强学习器来提高性能。

尽管LSTM和LightGBM是两种不同的模型，但在某些应用中，它们可以结合使用以发挥各自的优势。例如，在时间序列预测任务中，可以先使用LightGBM进行特征选择和基础模型的构建，然后将处理后的特征输入到LSTM模型中进行序列预测。这种结合可以充分利用LightGBM在处理大规模数据和特征选择方面的优势，以及LSTM在处理序列数据和捕捉长期依赖关系方面的能力。然而，这种结合并不是LSTM和LightGBM之间的直接关系，而是它们在特定任务中的协同应用。

Q：大模型的RAG定义

RAG，即Retrieval-Augmented Generation，中文翻译为检索增强生成，是一种技术，旨在通过从数据源中检索信息来辅助大语言模型（Large Language Model, LLM）生成答案，RAG 结合了搜索技术和大语言模型的提示词功能。当向模型提出问题时，它会利用搜索算法找到相关信息作为背景上下文。这些查询和检索到的上下文信息随后被整合进发送给大语言模型的提示中，从而使其能够生成准确且符合上下文的答案。

这种技术为大模型提供了外部知识源，这有助于它们生成更准确、更相关的内容，同时减少了模型可能产生的错误或不符合实际的信息。随着技术的不断进步，RAG 和类似的方法在增强大语言模型的功能和实用性方面发挥着越来越重要的作用。

Q：RAG和向量知识库结合使用的技术方案

将RAG（检索增强生成）与向量知识库结合使用的技术方案，可以充分发挥两者在数据处理和信息检索方面的优势，提高大模型的性能和实用性。

在这种技术方案中，向量知识库以向量方式构建，能够存储超大规模的向量数据。这种设计提供了强大的存储和处理能力，使其能够应对大规模数据的存储和查询需求。同时，RAG架构保障了知识库在不影响访问速度的前提下，拥有了近乎无限的可扩展性。

在具体实现上，当用户输入问题时，RAG技术将问题与知识库中的私有数据进行匹配，获取相关知识片段。然后，通过预训练的大语言模型，用提取到的知识片段来增强对问题的回答生成过程。在这个过程中，向量知识库提供了高效的存储和查询支持，使得RAG技术能够快速地获取到相关的知识片段，并将其整合到回答生成过程中。

这种技术方案可以应用于各种需要大规模数据处理和信息检索的场景，如智能客服、智能问答、智能推荐等。通过将RAG与向量知识库结合使用，可以大大提高大模型的性能和实用性，为用户提供更加准确、高效、便捷的服务。

Q：RAG、向量知识库、知识图谱如何结合使用？

将RAG（检索增强生成）、向量知识库和知识图谱结合使用，可以构建一个强大且高效的知识处理和问答系统。

知识存储与表示：

向量知识库：用于存储大量的知识，其中每个知识条目都被表示为向量形式。这种表示方法有助于高效地检索和匹配知识。

知识图谱：提供结构化的知识表示，通过图形化的方式展示知识之间的关联和层次关系。知识图谱可以用于补充和丰富向量知识库的内容，提供额外的上下文和结构信息。

问题处理与理解：

当用户提出问题时，系统首先利用自然语言处理技术对问题进行解析和理解，提取关键信息。

然后，系统可以利用RAG技术，根据问题的内容和上下文，从向量知识库中检索相关的知识向量。

同时，系统也可以查询知识图谱，获取与问题相关的结构化知识和关联信息。

答案生成与优化：

结合检索到的知识向量和知识图谱中的信息，系统可以生成初步的答案。

利用RAG的生成能力，系统可以对初步答案进行润色和优化，使其更符合自然语言的表达习惯，并增加相关的解释和上下文信息。

如果需要，系统还可以根据知识图谱中的关联信息，为用户提供额外的相关知识和建议。

通过这种结合使用方案，可以充分发挥RAG、向量知识库和知识图谱在知识处理和问答方面的优势，提高系统的性能、准确性和用户满意度。同时，这种方案也具有较强的可扩展性和灵活性，可以根据具体的应用场景和需求进行调整和优化。

Q：生成式AI的主流算法及应用领域

生成式AI的主流算法及应用领域包括BERT、Transformer、T5、Clip、DELL、Stable Diffusion等。以下是这些算法的简述及其应用领域：

BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）：BERT是一种基于Transformer的预训练语言模型，它通过无监督的方式学习大量文本数据中的语言表示。BERT在自然语言处理领域具有广泛的应用，如文本分类、命名实体识别、问答系统等。

Transformer：Transformer是一种基于自注意力机制的深度学习模型，最初用于自然语言处理任务。由于其并行计算能力和全局信息捕捉能力，Transformer也被应用于图像和语音处理领域。在自然语言生成方面，Transformer可以生成高质量的文本，如文章、对话等。

T5（Text-to-Text Transfer Transformer）：T5是一种基于Transformer的文本生成模型，它将所有NLP任务转化为文本生成任务。T5可以处理多种类型的输入和输出，如文本分类、摘要生成、翻译等。由于其通用性和灵活性，T5在自然语言处理领域具有广泛的应用前景。

Stable Diffusion：Stable Diffusion是一种用于图像生成的扩散模型。扩散模型是一种生成式模型，通过逐步向随机噪声中添加结构来生成高质量的图像。Stable Diffusion可能是一种改进或优化的扩散模型，旨在提高图像生成的稳定性和质量。它可以应用于图像生成、图像修复、风格迁移等任务。

Diffusion Models（扩散模型）：除了Stable Diffusion之外，还有其他扩散模型如DALL-E 2和Imagen等，它们在文生图领域取得了显著进展。这些模型通过逐步去噪过程从随机噪声中生成图像，能够生成高质量、高分辨率的图像，并具有一定的语义理解能力。

DALL·E 3：OpenAI开发的一种先进的图像生成模型，它基于Transformer模型并采用编码器-解码器结构。通过自监督学习和大规模数据集训练，能够将用户提供的文本描述转化为具有丰富细节和创意的图像，实现了高度精确的图像生成。采用了先进的扩散模型技术，通过逐步添加噪声并学习去噪过程，生成了更加逼真和多样化的图像。可以用于创意设计、艺术生成、图像编辑、虚拟现实等领域。DALL·E 3还可以与其他生成式AI技术相结合，如自然语言处理和语音识别，以创建更加综合和智能的应用。

Clip（Contrastive Language–Image Pre-training）：Clip是一种多模态预训练模型，旨在学习图像和文本之间的跨模态表示。Clip可以应用于图像分类、图像检索、视觉问答等任务，通过将图像和文本信息融合，实现更准确的语义理解和推理。

GANs（生成对抗网络）：GANs由两个神经网络组成，一个生成器和一个判别器，它们在对抗中共同学习。生成器的任务是生成看起来真实的假数据，而判别器的任务是区分真实数据和生成器生成的假数据。GANs在图像生成、图像超分辨率、风格迁移等领域有广泛应用。

Q：扩散模型、Transformer模型、对抗模型在生成式AI中的应用领域及结合应用

扩散模型的应用领域：

图像生成：扩散模型在图像生成领域取得了显著的成功。通过逐步向随机噪声中添加结构，扩散模型能够生成高质量、高分辨率的图像。这种方法在图像去噪、图像超分辨率等任务中也表现出色。

Transformer模型的应用领域：

文本生成：Transformer模型在文本生成任务中表现出色。由于其自注意力机制，Transformer能够捕捉长距离依赖关系，生成连贯、有逻辑的文本。它在机器翻译、文本摘要、对话生成等任务中广泛应用。

图像生成：近年来，Transformer模型也被引入到图像生成领域。通过将图像划分为一系列小块，并将这些小块作为序列输入到Transformer中，可以实现图像的生成。这种方法在生成高质量图像、处理大规模图像数据集等方面具有潜力。

对抗模型（GANs）的应用领域：

图像生成：GANs在图像生成领域具有广泛应用。通过生成器和判别器之间的对抗训练，GANs能够生成逼真、多样化的图像。它在人脸生成、风格迁移、图像修复等任务中表现出色。

文本生成：尽管GANs在文本生成方面的应用相对较少，但也有一些研究工作尝试将GANs应用于文本生成任务。例如，通过生成对抗网络来生成对话、诗歌等文本内容。

扩散模型与Transformer的结合：扩散模型和Transformer可以结合使用，以充分利用它们在生成任务中的优势。例如，在图像生成任务中，可以先使用扩散模型生成初步的图像结构，然后再利用Transformer对图像进行细化和增强，以生成更高质量的图像。

Transformer与GANs的结合：Transformer和GANs也可以结合使用，以改进生成任务的效果。例如，在文本生成任务中，可以利用Transformer生成初步的文本内容，然后再通过GANs对生成的文本进行对抗训练，以提高生成文本的质量和多样性。

Q：图像生成模型DALL·E 3、Stable Diffusion和 GAN不同点

算法原理：

DALL·E 3：基于Transformer模型并采用编码器-解码器结构，通过自监督学习和大规模数据集训练来生成图像。它利用文本和图像的联合嵌入空间，实现了文本到图像的转换。

Stable Diffusion：是一种扩散模型，通过逐步向随机噪声中添加结构来生成高质量的图像。它学习一个条件概率分布，描述在给定当前噪声数据的情况下，下一个噪声水平的数据分布，并逐步将噪声移除，生成接近目标数据分布的样本。

GAN（生成对抗网络）：由生成器和判别器组成，通过对抗训练来学习真实数据的分布。生成器负责生成假数据，而判别器负责区分真实数据和生成器生成的假数据。通过对抗竞争，生成器逐渐学会生成与真实数据相似的新数据。

训练过程：

DALL·E 3和Stable Diffusion在训练过程中主要依赖于大规模的预训练数据集，通过自监督学习或条件概率分布来学习生成图像。

GAN则需要同时训练生成器和判别器，通过对抗竞争来不断优化生成器的性能。

生成结果：

由于算法原理的不同，DALL·E 3、Stable Diffusion和GAN在生成结果上可能存在一定的差异。例如，DALL·E 3在图像的连续性和对提示词的理解方面相对较好；Stable Diffusion可以生成更真实、更清晰的图像；而GAN生成的图像可能具有一定的多样性和创造性，但也可能出现一些不稳定的结果。