AutoML 自動化機器學習:用 AutoKeras 超輕鬆打造高效能 AI 模型

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Luis Sobrecueva
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  • AutoML
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  • 機器學習
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  • 模型優化
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具体描述

  有了三個臭皮匠,何必每次堅持找個諸葛亮?
 
  任何人都能運用深度學習(DL)嗎?AutoML(自動化機器學習)已經遍地開花,各大企業諸如 Google、Microsoft、Amazon、IBM、SAS 等都推出了自己的 AutoML 服務,讓使用者不必具備專業領域知識,也能快速打造出自己的 AI 模型。換言之,AutoML 徹底降低了 「AI 落地」的門檻。
 
  AutoML不能取代資料科學家,卻能大大省下你試驗機器學習模型的時間與痛苦。當你的朋友還在興致沖沖算數學時,你說不定早就端出了可投入實用的高效能模型。
 
  而什麼是 AutoKeras?這是一套完全開源的 Python AutoML 套件,以 Tensorflow 2 為基礎、運用創新的『高效神經網路架構搜尋』(ENAS)來實現自動化建模。AutoKeras 對於影像、文字、時間序列或一般結構化資料的預測都提供了內建類別,甚至會加上資料預處理功能,使你只需用短短幾行程式碼便能打造出成效優異的 DL 模型,還不必接觸高深的數學。
 
  就連經驗豐富的專家也能受惠:利用 AutoKeras 快速產生候選模型,好做為進一步改良的參考,並將更多寶貴的時間投注在資料清洗與特徵工程上。
 
  從此向困難、令人困惑的建模過程說拜拜,跨入深度學習的門檻從未如此之低;有了 AutoKeras,任何人都能駕馭 AI 的威力來解決真實世界的問題。 
 
本書特色
 
  ★ 免懂數學免瞎忙!不必再被迫學數學,就能輕鬆將 AI 運用在真實世界
  ★ 什麼是神經網路和深度學習?何謂 CNN 與 RNN?用淺顯易懂的方式理解其運作原理
  ★ 只要寫短短幾行 Python 程式,就能打造出強效深度學習模型,省時省力又好用
  ★ 無須透過複雜的 Keras API 就能使用諸如 ResNet、Xception、EfficientNet、Transformer、BERT、LStM、GRU 等知名模型架構
  ★ 提供了使用真實資料集的豐富實作範例,從圖像、文字、時間序列到一般結構化資料的預測一應俱全
  ★ 運用內建的 AutoModel 類別針對多模態 (multi-model) 資料建立多任務 (multi-task) 自訂模型
  ★ 利用 TensorBoard 或 ClearML 將你的模型訓練過程圖形化,更容易比較訓練成效和分享
  ★ 附 notebook/py 範例程式、Google Colab 及本機安裝教學,包括如何安裝 CUDA GPU 支援
  ★ 加值贈送:運用 2021 年新推出的輕量級 AutoML 套件 Flaml 來預測結構化資料!
机器学习的未来:深入探索模型构建与优化 一、前言:技术浪潮下的机遇与挑战 在数据驱动的时代背景下,机器学习(ML)已不再是高深莫测的实验室技术,而是渗透到各行各业的核心驱动力。从个性化推荐、精准医疗到自动驾驶,高效能的AI模型是实现这些飞跃的关键。然而,传统机器学习流程——包括特征工程、模型选择、超参数调优和结果评估——往往耗时巨大、高度依赖专业知识,并且充满试错成本。这在很大程度上成为了中小企业和初创团队拥抱AI技术的主要障碍。 本书旨在突破这些瓶颈,为读者提供一套系统、前沿且实用的方法论,专注于如何高效、可靠地构建和部署高性能的机器学习模型。我们不会拘泥于对某一特定工具或库的表面介绍,而是深入探讨支撑现代AI系统运行的底层原理、设计哲学以及最佳实践。 二、理论基石:从基础到前沿的知识体系构建 本书的理论部分将构建一个坚实的基础,确保读者不仅会“使用”工具,更能“理解”工具背后的逻辑。 1. 数据科学的核心循环: 我们将详细剖析数据生命周期管理的各个阶段。这包括数据的采集、清洗(处理缺失值、异常值和噪声)、标准化与归一化。重点关注数据质量对最终模型性能的决定性影响,并介绍先进的数据增强技术,以应对数据稀疏性问题。 2. 特征工程的艺术与科学: 告别繁琐的手动特征提取。本书将深入探讨如何通过领域知识(Domain Knowledge)与统计学方法,有效地将原始数据转化为模型可理解的信号。我们将涵盖高维数据处理技术(如PCA、t-SNE的可视化应用)、时间序列数据的特征构造,以及文本数据的嵌入技术(如TF-IDF、词袋模型的局限性与进阶)。 3. 模型范式的选择与权衡: 机器学习模型并非“一刀切”。我们将全面对比判别模型(如逻辑回归、SVM)和生成模型(如朴素贝叶斯)的适用场景。对于更复杂的任务,本书将深入解析集成学习(Ensemble Learning)的强大威力,包括Bagging、Boosting(如AdaBoost、Gradient Boosting Machines的底层机制)以及Stacking策略,阐明它们如何通过组合弱学习器实现对偏差(Bias)和方差(Variance)的有效控制。 4. 评估指标的精确解读: 准确率(Accuracy)往往具有欺骗性。本书将强调针对不同业务场景选择恰当的评估指标,例如在不平衡数据集中,精确率(Precision)、召回率(Recall)、F1分数和ROC-AUC曲线的重要性。同时,我们将探讨模型的可解释性(Interpretability)——为什么决策会产生——这是建立信任和满足监管要求的关键。 三、构建与优化:迈向工业级的模型部署 理论学习必须服务于实践。本书的后半部分将聚焦于如何将理论知识转化为稳定、可扩展的生产级系统。 1. 优化策略的深入探讨: 超参数调优是提升模型性能的关键步骤。我们将超越简单的网格搜索(Grid Search),详细介绍更高效的搜索策略,如随机搜索(Random Search)和基于贝叶斯优化的方法。对于深度学习模型,我们将详细分析优化器(如Adam、RMSprop)的选择、学习率调度(Learning Rate Scheduling)对收敛速度和最终性能的影响。 2. 深度学习架构的原理剖析: 尽管我们不直接聚焦于某一个自动化工具的语法,但理解核心架构至关重要。我们将系统介绍卷积神经网络(CNNs)在图像处理中的空间特征提取机制,循环神经网络(RNNs/LSTMs)在序列建模中的应用,以及Transformer架构如何通过自注意力机制革新自然语言处理(NLP)的范式。对于每一个架构,都将解析其核心创新点和常见的性能瓶颈。 3. 鲁棒性与泛化能力的保障: 模型在训练数据上表现优异,但在新数据上失败是常见问题。本书将深入讲解过拟合(Overfitting)和欠拟合(Underfitting)的识别与解决之道,包括正则化技术(L1/L2)、Dropout的应用,以及交叉验证(Cross-Validation)在评估模型泛化能力中的精确实施步骤。 4. 模型生命周期管理(MLOps精要): 从原型到生产的飞跃需要严谨的管理流程。我们将探讨模型版本控制的重要性,数据漂移(Data Drift)和模型漂移(Model Drift)的监控方法,以及如何建立自动化再训练(Retraining Pipeline)机制,确保模型在不断变化的环境中保持高性能和高可靠性。 四、面向未来的思维模式 本书的最终目标是培养读者一种系统的、以结果为导向的机器学习思维模式。我们强调,真正的效率提升并非来自于代码的简化,而是来自于对问题域的深刻理解、对模型局限性的清晰认知,以及对迭代优化过程的科学掌控。读者在完成本书的学习后,将具备独立设计、实施、评估并持续改进复杂机器学习解决方案的能力,从而在快速演进的技术领域中占据主动地位。

著者信息

作者簡介
 
Luis Sobrecueva
 
  Luis Sobrecueva 是有二十年資歷的軟體工程師,目前任職於西班牙叫車服務公司 Cabify,並致力於參與 OpenAI 及 AutoKeras 等機器學習/深度學習開源專案的開發。
 

图书目录

AutoKeras 基礎篇
 
Chapter 1 AutoML 入門
  1-1 標準 ML 工作流程的深度剖析
  1-2 什麼是 AutoML?
  1-3 AutoML 的種類
  1-4 AutoML 工具
  1-5 總結
 
Chapter 2 開始使用 AutoKeras ──第一個自動化 DL 範例
  2-1 什麼是深度學習?
  2-2 什麼是神經網路?它如何學習?
  2-3 深度學習模型如何學習?
  2-4 為何選擇 AutoKeras?
  2-5 安裝AutoKeras
  2-6 Hello MNIST:執行我們的第一個 AutoKeras 實驗──建立圖像分類器
  2-7 建置圖像迴歸器
  2-8 總結
 
Chapter 3 了解 AutoKeras 對於自動化 DL 流程的資料預處理
  3-1 了解張量 (tensors)
  3-2 準備可以傳入深度學習模型的資料
  3-3 切割資料集以用於訓練及評估.
  3-4 總結
 
AutoKeras 實踐篇
 
Chapter 4 運用 AutoKeras 進行圖像的分類與迴歸
  4-1 理解卷積神經網路 (CNN)
  4-2 CNN 與傳統神經網路的差異
  4-3 建立 CIFAR-10 圖像分類器
  4-4 自訂模型架構
  4-5 建立可推斷人物年齡的圖像迴歸模型
  4-6 總結
 
Chapter 5 運用 AutoKeras 進行文本、情感、主題的分類與迴歸
  5-1 文本資料處理
  5-2 不同網路層用於文本資料處理的差異
  5-3 打造垃圾信件偵測器
  5-4 用電影評論來預測評分
  5-5 理解情感分析 (sentiment analysis)
  5-6 理解主題分類
  5-7 根據網路文章判定討論群組類型
  5-8 總結
 
Chapter 6 運用 AutoKeras 進行結構化資料的分類與迴歸
  6-1 理解結構化資料
  6-2 打造結構化分類器預測船難生還者
  6-3 打造結構化分類器預測信用卡詐欺
  6-4 處理分類不平均的資料集
  6-5 打造結構化迴歸器預測房價
  6-6 打造結構化迴歸器預測共享單車租用人次
  6-7 總結
 
Chapter 7 運用 AutoKeras 進行時間序列預測
  7-1 理解 RNN 的改良版
  7-2 單變量時間序列:氣溫預測
  7-3 多變量時間序列資料預測
  7-4 總結
 
AutoKeras 進階篇
 
Chapter 8 自訂 AutoModel 複合模型並處理多重任務
  8-1 理解多模態 (multi-model) 資料與多任務 (multi-task) 模型
  8-2 打造使用多模態資料的多任務模型
  8-3 打造能同時預測電影評分與情感的預測器
  8-4 打造能用兩種 CNN 網路模型預測分類的預測器
  8-5 總結
 
Chapter 9  AutoKeras 模型的匯出與訓練過程視覺化
  9-1 匯出、儲存並重新載入你的模型
  9-2 使用 TensorBoard將模型訓練過程視覺化
  9-3 使用 TensorBoard.dev 來對外分享模型訓練過程
  9-4 使用 ClearML 來視覺化並分享模型訓練過程
  9-5 總結
 
Bonus (電子書) 運用輕量級 AutoML 套件 Flaml 於結構化資料預測任務
  A-1 Flaml 分類器
  A-2 Flaml 迴歸器
  A-3 自訂訓練演算法、指標並保存模型

图书序言

  • ISBN:9789863126973
  • 規格:平裝 / 400頁 / 17 x 23 x 2.4 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

评分

最近幾年,我們團隊在導入新技術時,最大的阻力往往來自於「學習曲線」的問題。當團隊成員背景不一,有人是資深演算法專家,有人則是剛轉行過來的新手時,要統一戰線採用新的工具集,難度非常高。如果這本書的內容設計,真的能做到讓不同程度的開發者都能快速上手,建立起一套共同的語言和工作流程,那對提升整個團隊的生產力會有巨大的助益。我特別好奇它在資料預處理這塊如何著手自動化,因為老實說,數據清洗和標準化往往佔據了專案生命週期中不成比例的時間。如果「AutoML」這三個字不是寫好看的,而是真正能幫我們自動處理那些最惱人的、重複性的數據準備工作,那麼這本書的價值就遠遠超越了一般的技術手冊。

评分

這本書光看書名就覺得超有吸引力,尤其對於我們這些在業界打滾,天天跟資料和模型搏鬥的工程師來說,「自動化機器學習」簡直是救星啊!最近幾年 AI 領域發展得太快,各種新框架、新演算法層出不窮,光是要把這些東西搞懂、實作出一個穩定的模型,背後的功夫深不見底。我一直很希望有那種「一鍵到位」的解決方案,不用花費大量時間在繁瑣的特徵工程、超參數調校這些吃力不討好的工作上。這本書如果真的能幫我們把這個門檻降低,讓我們能更專注於業務邏輯的理解和最終的模型應用,那絕對是物超所值。畢竟,時間成本在我們這個行業是最寶貴的資源,能省下來的時間,拿去思考如何把 AI 應用到更深層次的商業決策上,效益豈不是更大?我期待它能提供一套非常實戰的指引,不是紙上談兵的理論,而是真正能應對實際專案中遇到的各種疑難雜症的 SOP。

评分

對於一個想深入了解 AI 底層機制的學習者來說,雖然「自動化」聽起來很像「黑箱操作」,但我更關心的是,這本書如何平衡「輕鬆上手」與「原理洞察」之間的關係。一個好的工具書,不僅要教你如何使用,更要讓你理解它為什麼能這樣做。我希望透過閱讀這本書,我能建立起對「Automated Machine Learning」這套機制的整體架構認知,理解不同自動化策略背後的取捨邏輯。例如,在進行架構搜索(NAS)時,它是如何平衡計算資源和模型複雜度的?這種層次的理解,才能讓我未來在遇到 AutoML 無法解決的 Edge Case 時,有能力介入並進行手動優化。如果能建立這種「知其然,且知其所以然」的能力,那麼這本書就不是曇花一現的工具指南,而是建立長期競爭力的基石了。

评分

我對台灣本地出版的技術書籍一直抱持著一種期待,就是它能夠更貼近我們華語圈的開發環境和常見的資料特性。很多國外翻譯過來的教材,雖然內容紮實,但面對台灣常見的數據稀疏性、語言特徵處理,或者某些特定的產業應用場景時,總覺得「水土不服」。如果這本書的作者在撰寫過程中,有意識地結合了亞洲乃至是台灣產業的實例或挑戰來闡述 AutoML 的應用,那對我來說會是極大的加分項。我希望看到的不是純粹的 Code Demo,而是能理解我們在面對那些不夠乾淨、充滿雜訊的數據時,自動化工具該如何優雅地介入,並給出一個可解釋、可信賴的結果,而不是一個黑箱裡跑出來的「好像很準」的數字。

评分

說真的,現在市場上講機器學習的書多到氾濫,但真正能抓住「實用性」和「易用性」平衡點的卻是少之又少。很多書籍要么是理論過於艱澀,光看前幾章就讓人想闔上書本去查一堆數學定義;要么就是只講了如何呼叫 API,但底層的原理和遇到的例外狀況完全沒提。我特別關注這本書標榜的「超輕鬆打造高效能 AI 模型」這塊,這塊尤其關鍵。在我的經驗裡,「高效能」往往伴隨著極為複雜的架構調試,這中間的權衡非常微妙。如果這本書能提供一套清晰的脈絡,教我們如何在追求速度的同時,不犧牲模型的準確率和泛化能力,那才是真本事。我猜測它應該會涵蓋很多避免常見陷阱的訣竅,畢竟在真實世界跑起來的模型,跟學術論文裡跑出來的模型,中間的落差才是我們最頭痛的地方。

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