Python+TensorFlow人工智慧、機器學習、大數據｜超炫專案與完全實戰 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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柯博文

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探索數據世界的無限可能：深度學習與資料科學實戰指南 本書精選了當前最熱門的資料科學與機器學習領域的關鍵技術與應用實例，旨在為讀者提供一套系統化、實戰性強的學習路徑，從基礎概念的建立到複雜模型的部署，全面覆蓋現代資料科學家的核心技能樹。 --- 第一部：資料科學基石與工具箱的建立 本部分著重於打下堅實的資料科學基礎，介紹進行有效資料處理、分析與視覺化所必需的核心工具與思維模式。 第一章：Python在資料科學中的核心地位與環境配置 深入探討Python作為首選科學計算語言的優勢。涵蓋Anaconda環境的搭建、虛擬環境（如`venv`或`conda`）的管理，確保開發環境的隔離與可復現性。重點介紹Jupyter Notebook/Lab的使用哲學，如何利用其交互式特性加速探索性資料分析（EDA）。我們將詳細解析標準科學計算庫的基礎功能，為後續的深度學習打下穩固的程式語言基礎。 第二章：Pandas——資料處理的瑞士軍刀 Pandas是資料科學工作流程中處理表格化資料的基石。本章將從零開始，精確解構`DataFrame`和`Series`這兩個核心資料結構的創建、索引、切片操作。著重於高效能的資料清洗技術，包括缺失值（NaN）的處理策略（插補、刪除或標記）、異常值的識別與平滑化處理。進階部分將探討複雜的資料重塑技巧，如`groupby`聚合、`merge`與`join`的多表連接，以及時間序列資料的初級操作，確保讀者能從原始雜亂的數據中提取出結構化的、可供分析的資訊。 第三章：NumPy——高效能數值計算的引擎 深入理解NumPy的底層架構，特別是其ndarray（N維陣列）相較於標準Python列表的性能優勢。講解向量化操作的原理，強調避免使用Python的循環結構以提升運算速度。涵蓋數組的形狀操作（`reshape`、`transpose`）、廣播機制（Broadcasting）的精妙運用，以及線性代數基礎運算（矩陣乘法、求逆、特徵值分解）在演算法中的實際應用。 第四章：資料視覺化的藝術與實踐 (Matplotlib與Seaborn) 有效的視覺化是溝通分析結果的關鍵。本章將專注於使用`Matplotlib`構建基礎圖形，並進一步利用`Seaborn`創建更具統計意義和美感的圖表。學習如何選擇合適的圖形類型（直方圖、箱形圖、散點圖、熱力圖）來揭示資料的分佈、關係和趨勢。內容將涵蓋客製化圖表元素，如標籤、圖例、顏色映射（Colormaps）的選擇，以確保視覺傳達的準確性與吸引力。 --- 第二部：機器學習核心模型與經典演算法 本部分聚焦於傳統機器學習模型，探討它們的數學原理、實作細節以及在實際問題中的應用場景。 第五章：監督式學習的基石：迴歸與分類 詳盡介紹線性迴歸和邏輯迴歸的數學推導，特別是梯度下降法的優化過程。在分類問題方面，涵蓋K近鄰（KNN）的直觀應用和距離度量標準。引入決策樹，剖析其基於資訊增益（或Gini不純度）的分割邏輯。 第六章：模型評估與交叉驗證的嚴謹性 機器學習的成功不僅在於訓練模型，更在於科學地評估其性能。本章詳解迴歸模型的評估指標（MSE, RMSE, $R^2$）和分類模型的關鍵指標（準確率、精確率、召回率、F1-Score、ROC曲線與AUC）。深入講解交叉驗證（Cross-Validation）的各種策略（K折、留一法），以及如何利用混淆矩陣（Confusion Matrix）來診斷模型的偏見與方差問題。 第七章：提升決策邊界的利器：集成學習（Ensemble Methods） 集成學習是提高模型穩定性和準確性的核心技術。詳細解析Bagging（以隨機森林 Random Forest 為例）和Boosting（以AdaBoost和Gradient Boosting Machines為例）的運作機制。重點實戰演練XGBoost、LightGBM等現代高效能Boosting框架，探討如何進行複雜的超參數調優以獲得最佳性能。 第八章：無監督學習的探索：聚類與降維 在缺乏標籤的資料中尋找結構。本章首先介紹K-Means聚類演算法，探討如何選取最佳的K值（如肘部法則）。接著，深入探討DBSCAN在處理任意形狀簇上的優勢。在降維方面，詳細闡述主成分分析（PCA）的數學原理，並介紹其在視覺化和特徵提取中的應用。 --- 第三部：現代資料科學與進階實戰 本部分將視線轉向更複雜的現代資料問題，專注於資料預處理的工程化、模型的可解釋性以及實際部署的挑戰。 第九章：特徵工程的藝術與科學 資料的價值往往藏在特徵的構建之中。本章強調特徵工程在模型性能中的決定性作用。內容涵蓋：類別特徵的編碼策略（One-Hot Encoding, Target Encoding）、數值特徵的縮放（標準化與歸一化）、時間序列特徵的提取（週期性、滯後特徵）、以及如何利用領域知識創建交互式特徵。討論如何使用特徵重要性指標（Feature Importance）來指導特徵選擇。 第十章：模型可解釋性（XAI）的入門與實踐 隨著模型複雜度的增加，"黑箱"問題日益突出。本章介紹了解釋複雜模型決策的實用工具。詳述SHAP (SHapley Additive exPlanations)值的計算原理及其在局部解釋上的應用。同時，介紹LIME (Local Interpretable Model-agnostic Explanations)，幫助讀者理解單一預測背後的關鍵影響因素，從而建立對模型的信任。 第十一章：機器學習工作流的工程化：Scikit-learn管線 高效能的工作流需要標準化和自動化。本章深入探討`scikit-learn`的`Pipeline`功能，如何將資料預處理、特徵選擇和模型訓練組合成一個單一、可重用的對象。學習如何使用`GridSearchCV`和`RandomizedSearchCV`進行系統性的超參數搜索，並將整個流程封裝，以實現模型的快速迭代和生產環境的穩定部署。 第十二章：初探自然語言處理（NLP）的基礎概念 雖然本書不聚焦於深度學習，但會為讀者介紹NLP領域的基礎處理流程。涵蓋文本資料的清洗（停用詞移除、詞幹提取、詞形還原）。重點介紹文本向量化的經典方法，如TF-IDF的計算與應用，以及如何利用這些數值表示來訓練傳統的分類模型，為後續學習更先進的嵌入技術做好鋪墊。 --- 結語：邁向持續學習的資料科學家之路 本書的結構設計旨在模仿真實世界的資料科學專案流程：從數據獲取與清理，到探索性分析，再到模型選擇、訓練、評估和解釋。通過這些實戰導向的章節，讀者將掌握的不僅是特定演算法的代碼，更是一種系統性的問題解決思維，為未來應對更複雜的數據挑戰做好充分準備。