dive-into-prml

[AmourWaltz]

你是否已经阅读并同意《Datawhale开源项目指南》？

• 我已阅读并同意《Datawhale开源项目指南》

你是否已经阅读并同意《Datawhale开源项目行为准则》？

• 我已阅读并同意《Datawhale开源项目行为准则》

项目简介

  本项目是基于 Bishop 的《Pattern Recognition and Machine Learning》（以下简称 PRML）的学习笔记和导读教程，也是作者学习过程中对模式识别、机器学习作出的系统性总结资料。

  机器学习是当下最热门的方向之一，很多从事相关工作研究的伙伴都希望能在该领域更进一步，而对基础知识的掌握程度往往决定了个人能企及的成就上限，正所谓水之积也不厚，则其负大舟也无力。于是我选择了素有机器学习领域“圣经”之称的 Bishop 的 PRML 作为主要资料，并坚持进行学习笔记的写作整理，后来逐渐决定做一个基于 PRML 的开源项目。 本项目取名 Dive into PRML，以一个初学者的角度，深入浅出，构建系统性的知识框架。一方面 PRML 毫无疑问是一本值得深究的经典之作；另一方面，本项目也不局限于 PRML 这本书，会引入一些近年来相关的方法作补充，努力打造一个新的机器学习教程。

  项目计划分为试行版，完整版，发行版三个版本，具体可参见项目实施，先以 PRML 学习笔记的形式呈现，而后精益求精，结合其他资料融会贯通，自成体系，做出一份完整的教程，作为我学术生涯的一项重要成果而收官。 行远自迩，笃行不怠，希望自己能把这份初心坚持到底，有所建树，同时也能为中国开源事业贡献绵薄之力。

立项理由

  当下正值机器学习，深度学习的浪潮，很多研究工作都在如火如荼的进行。 机器学习正因其应用广泛，性能高效，落地价值高，广受各行业的青睐。 工欲善其事，必先利其器，以周志华老师《机器学习》，李航老师《统计学习方法》等书为代表的优秀读本好评如潮，吸引了很多初学者快速探索新领域； 此外，素有机器学习领域“圣经”之称的 Bishop 的《Pattern Recognition and Machine Learning》等国外经典教材，则更偏重理论推导和数学基础，适配于进阶科研任务的需求。

  作为一名在读博士研究生，我本科期间就对机器学习的研究神往已久，而后选择了自然语言处理和语音识别作为研究方向。 我在本科阶段只学过一门《模式识别》课程，课时较短，仅初步了解了多层感知器，支持向量机，主成分分析等基础算法，并未接触过多理论推导，总觉意犹未尽。 后来博士入学前试读了 PRML，逐渐被这本书严谨详实的推导所吸引。 然而此书内容晦涩难懂，初学者往往鲜克有终，我将难点总结如下：

• 成本上，跨度大，周期长，很容易出现看后面忘前面，学习不到位的问题，如果不是作为必修课强制性的按章节学习，单靠自学极易感到枯燥乏味，极易被浇灭满腔学习热情，最终半途而废；
• 排版上，本书和主流教材差别甚大，像西瓜书等教材往往都会在一个章节精讲一种模型，并辅以习题或编程作业以快速掌握；而 PRML 的章节安排更加宏观，内容庞大，更像是从数学原理的角度自下而上的学习，讲得也更深，而几乎所有模型都会应用贝叶斯方法推导一遍也是其一大特色，对于习惯国内教材路线的伙伴可能会有所不适，其配套习题也是以对应章节的推导证明为主；
• 内容上，本书出版已逾十余载，在各种方法日新月异的今天，需要不断纳新；并且本书不少方法略显过时，在学习过程中似有蛇足之嫌；
• 语言上，原版是英文，虽已有大神做了通篇翻译，但还是推荐想要认真研读的同学读原本。

  我在起始阶段亦颇费周折，后来总算初窥门径，为了夯实基础，提高学术能力，以及吸引更多志同道合的伙伴学习交流，通过在网上写学习笔记的博客分享，颇有所获。为了夯实基础，提高学术能力，以及吸引更多志同道合的伙伴学习交流，我决定以 PRML 的解读为切入，结合最新的研究方法，写一部机器学习笔记教程。 后来我受到 Datawhale 南瓜书的启发，萌生了做一个开源项目的想法，便决定以 PRML 的解读为切入，并融合最新的研究方法，写一部开源的机器学习教程，既作为自我监督，在求学之路上精益求精，也作为开源资料，帮助更多小伙伴高效学习，共同进步。

  将这个项目命名为 Dive-into-PRML，一方面 PRML 毫无疑问是一本值得深究的经典之作，对于习惯国内教材的同学而言，这本书可以从一个全新的视角，深究机器学习中的最本质的理论推导，提高个人的学术素养和修为。很多有心从事科研的伙伴都曾因理论匮乏在写作时捉襟见肘，或因视野局限苦于找不到研究方向，以这本书深度和广度，足以裨补阙漏，有所广益；另一方面，本项目也不局限于 PRML 这本书，而是放眼整个模式识别与机器学习领域，除了对原书难点做解读外，还会引入近年来新兴的方法模型，如生成模型，以及原书缺少的机器学习的重要基础理论，如信息论等，力求精益求精，融会贯通，努力打造一个与时俱进，富有趣味性和挑战性的机器学习教程。

  经济基础决定上层建筑，只有牢牢掌握基础，才能在这一领域随心所欲，无往不利。 正如同武侠世界的内功修为，如郭靖，杨过等大侠，在深厚内力加持下，学习任何武功都是信手拈来，飞花摘叶，俱可伤敌，再配上各种绝世武学，足以号令天下，莫敢不从。 我相信 PRML 的笔记教程将会是一个很有价值的项目，让很多伙伴受益匪浅，也是对自己学术能力的提升肯定，必能成为自己学术生涯一个值得骄傲的闪光点。

项目受众

1. 机器学习相关专业在读本科生，研究生，从业人员等；
2. 有意学习 PRML 的同学，提高机器学习基础能力。

项目亮点

一方面 PRML 毫无疑问是一本值得深究的经典之作，对于习惯国内教材的同学而言，这本书可以从一个全新的视角，深究机器学习中的最本质的理论推导，提高个人的学术素养和修为。很多有心从事科研的伙伴都曾因理论匮乏在写作时捉襟见肘，或因视野局限苦于找不到研究方向，以这本书深度和广度，足以裨补阙漏，有所广益；另一方面，本项目也不局限于 PRML 这本书，而是放眼整个模式识别与机器学习领域，除了对原书难点做解读外，还会引入近年来新兴的方法模型，如生成模型，以及原书缺少的机器学习的重要基础理论，如信息论等，力求精益求精，融会贯通，努力打造一个与时俱进，富有趣味性和挑战性的机器学习教程。

项目规划

项目进展
Github地址：https://github.com/AmourWaltz/Dive-into-PRML

1.目录

• 基础篇 Basis

  • [1 线性回归 Linear Regression]
    • [1.1 线性基函数模型 Linear Basis Function Model]
      
    • [1.2 最大似然估计 Maximum Likelihoood Estimation]
      
    • [1.3 最小均方差 Minimum Square Error]
      
    • [1.4 梯度下降法 Gradient Desent]
      
    • [1.5 解析法 Analytic Method]
      
  • [2 线性分类 Linear Classification]
    • [2.1 线性判别分析 Linear Discriminate Analysis]
      
    • [2.2 Fisher分类器 Fisher Classifier]
      
    • [2.3 感知器算法 Perceptron Algorithm]
      
    • [2.4 判别式 Logistic 回归 Discrminate Logistic Regression]
      
    • [2.5 生成式 Logistic 回归 Generative Logistic Regression]
      
    • [2.6 广义线性模型 Generalized Linear Model]
      
  • [3 学习理论 Learning Theory]
    • [3.1 过拟合 Overfitting]
    • [3.2 正则化 Regularization]
    • [3.3 模型特征选择 Model Feature Selection]
    • [3.4 偏差与方差 Bias and Variance]
  • [4 信息论 Information Theory]
    • [4.1 信息熵 Information Entropy]
    • [4.2 熵的物理意义 Entropy in Physics]
    • [4.3 相对熵 Relative Entropy]
    • [4.4 互信息 Mutual Information]
  • [5 概率分布 Probability Distribution]
    • [5.1 贝叶斯概率 Bayes Probability]
    • [5.2 Beta分布 Beta Distribution]
    • [5.3 狄利克雷分布 Dirichlet Distribution]
    • [5.4 高斯分布 Gaussian Distribution]

• 进阶篇 Advance

  • [6 神经网络 Neural Networks]
  • [7 核方法 Kernel Method]
  • [8 支持向量机 Support Vector Machine]
  • [9 图模型 Graph Models]
  • [10 期望最大化算法 EM Algorithm]
  • [11 变分推断 Variational Inference]
  • [12 蒙特卡罗采样 Monte Carlo Sampling]
  • [13 主成分分析 Principal Component Analysis]
  • [14 隐马尔科夫模型 Hidden Markov Model]

2.各章节负责人

薛博阳，编写过程中招募感兴趣的同学

3.各章节预估完成日期
4.可预见的困难

  此前我已系统性的初学了 PRML 部分内容，并在网上写了不少笔记文章，受到周围同学的肯定支持。后来决定进一步完善并发展成开源项目，
现计划分为以下三个版本实施，并对每一版特点作出陈述：

• 试行版：此版本偏基础教程，旨在为想要进军 PRML 的初学者提供一个可参考的学习路线和笔记整理，预计在 2023 年上半年之前完成。
  1. 针对 PRML 内容繁冗复杂，我采用了一套“剪枝”的泛读策略，把重心放在每章偏基础，应用广泛的内容，旨在快速构建系统知识框架，避免因进度太慢失去学习热情，跳过的大都是生僻难点，留作下版本精读时深入探究；
  2. 针对 PRML 偏数学证明，我会尽量保留精华部分，对关键公式推导以加以解读，并探究公式背后的动机，这也是 PRML 相比国内主流教材的一大特色，相信每一个学习的伙伴，无不为其公式推导的魅力所折服；
  3. 针对 PRML 成书较久，很多模型近年来的发展未能涵盖，尤其是在很多机器学习模型基础上发展的深度学习模型，因此我也会适当加入部分深度学习相关内容作为扩充，使整个知识体系更完善。
  4. 试行版基础篇并未按照原书排版，我以更易上手的线性回归模型作为切入，对前面章节知识点进行重排，每章都以问题摘要的形式引入，并且注明对应原书的章节，方便读者参考。
• 完整版：此版本为进阶版本，旨在为想要深入探究 PRML 以及机器学习相关从业和科研工作者提供一份的进阶读本，也是我整个博士生涯对机器学习的总结，预计在 2025 年结束前完成。
  1. 针对试行版跳过的部分，这一版会进行详细的查缺补漏，主要针对原书图模型之后的章节，结合多方资料以及这些模型近年的发展，融会贯通，精益求精；
  2. 针对 PRML 偏理论少实践，我后续计划用 Python 配套实现书中大部分章节的模型；
  3. 完整版也将不再局限于 PRML 中的内容，如今机器学习更新换代飞快，需要不断更新完善，我希望做到青出于蓝，自成一家，总结出一套属于我自己的资料解读和知识体系。
• 发行版：虽然现在妄言出版书籍还为时尚早，不过既然决心要把这项计划躬行到底，便应当有所追求，我做这个项目不是简单的对现有教材生搬硬套，拾人牙慧，而是希望以一份独创的视角，以 PRML 为基础，去建立一套完善的知识体系。希望最终以书籍形式出版发行，这也是自己学术追求上的一个夙愿。

项目负责人

成员	简介	主页
薛博阳	项目负责人，香港中文大学博士在读	Github, 知乎

备注：发起立项申请后DOPMC将会在 72h 之内给出答复，如超时未答复请添加DOPMC负责人微信（微信号：at-Sm1les）问询~

• 我已知悉上述备注

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