本文全面介紹了人工智能（AI）的工作原理，包括其定義、組成部分以及如何逐步構(gòu)建和運用AI系統(tǒng)。文章從數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理、模型選擇、訓(xùn)練、測試評估、優(yōu)化、部署到持續(xù)學(xué)習(xí)等各個環(huán)節(jié)，詳細闡述了AI的工作流程，旨在幫助讀者更好地理解AI技術(shù)及其應(yīng)用，希望對你有所幫助。
人工智能 (AI) 是一項不斷發(fā)展的技術(shù)，旨在模仿人類智能。它幫助計算機學(xué)習(xí)如何像人腦一樣推理、學(xué)習(xí)和解決問題。
從醫(yī)療保健到金融等行業(yè)正在實施人工智能技術(shù)，對我們的生活產(chǎn)生有意義的積極影響。人工智能在自動駕駛汽車和個人助理等領(lǐng)域具有進步的潛力，可能會推動科學(xué)突破，增強醫(yī)療掃描能力，并實現(xiàn)準(zhǔn)確的面部識別。
隨著人工智能研究的加速以及人工智能的應(yīng)用在商業(yè)和個人生活中發(fā)揮越來越大的作用，了解人工智能的工作原理以及如何使用它比以往任何時候都更加重要。
本文全面概述了人工智能，包括其組件以及其工作原理的逐步介紹！什么是人工智能？
人工智能是計算機科學(xué)的一個領(lǐng)域，試圖模擬人類的思維方式。您將數(shù)據(jù)源中的信息提供給人工智能系統(tǒng)，讓人工智能處理它，并創(chuàng)建使用輸入數(shù)據(jù)作為參考的經(jīng)過訓(xùn)練的模型。
擁有的數(shù)據(jù)越多，人工智能系統(tǒng)就能學(xué)得越好。
然而，并非所有人工智能系統(tǒng)都需要大數(shù)據(jù)源。您可以使用不同的技術(shù)訓(xùn)練一些具有較小數(shù)據(jù)集的模型，例如強化學(xué)習(xí)（一種機器學(xué)習(xí)技術(shù)，我們接下來討論）。
完成后，您可以向 AI 提出問題，讓它根據(jù)學(xué)到的知識進行估計并采取行動。但人工智能響應(yīng)的程度和準(zhǔn)確性主要取決于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的質(zhì)量和算法。
您可以通過多種方式使用 AI 解決方案，包括：
聊天機器人。人工智能機器人利用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，以便與人類聊天并使用人類語言實時回答問題。虛擬助理。Amazon Alexa、Apple Siri 和 Google Assistant 等人工智能工具在日常生活中為消費者提供幫助。生成式人工智能。 編寫人工智能工具（例如OpenAI 的ChatGPT）、圖像工具（例如Midjourney）以及語音工具（例如ElevenLabs）可以根據(jù)輸入生成不同形式的媒體。語音識別。語音識別工具根據(jù)音頻輸入確定說話者是誰以及他們所說的內(nèi)容。搜索引擎。搜索工具通過創(chuàng)造更好的用戶體驗并實時生成結(jié)果來改進信息收集過程。
機器學(xué)習(xí)：人工智能的基礎(chǔ)
機器學(xué)習(xí)(ML) 是人工智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基矗您提供給機器學(xué)習(xí)工具的數(shù)據(jù)可幫助人工智能創(chuàng)建數(shù)據(jù)集，以學(xué)習(xí)如何做出決策和預(yù)測，而無需進行編程來執(zhí)行特定任務(wù)。
然而，雖然機器學(xué)習(xí)允許人工智能系統(tǒng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，但它們?nèi)匀恍枰幊毯退惴▉硖幚頂?shù)據(jù)并生成有意義的見解。
機器學(xué)習(xí)的工作原理是為工具提供大量數(shù)據(jù)。然后，您可以處理該數(shù)據(jù)以創(chuàng)建可用于處理人工智能任務(wù)的數(shù)學(xué)模型。從本質(zhì)上講，它允許人工智能應(yīng)用程序像人類一樣執(zhí)行任務(wù)。
圖像分類就是一個很好的例子。假設(shè)您想訓(xùn)練人工智能識別貓。
您可以向機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供貓圖像并將它們標(biāo)記為貓。然后，系統(tǒng)會從您提供的內(nèi)容中學(xué)習(xí)，并在訓(xùn)練完成后識別您提供的任何貓圖片。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：人工智能的構(gòu)建模塊
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種機器學(xué)習(xí)算法，它提供了處理基于人工智能模型創(chuàng)建的信息的工具。它們由相互連接的節(jié)點（或人工神經(jīng)元）組成。
這些節(jié)點根據(jù)進入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息進行調(diào)整。這使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的關(guān)系和模式。
節(jié)點分為幾層，每層都有自己的功能：
輸入層接收數(shù)據(jù)。隱藏層處理數(shù)據(jù)。輸出層產(chǎn)生結(jié)果。
深度學(xué)習(xí)是一種具有多個隱藏層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因此它可以學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中更復(fù)雜的關(guān)系。然后，數(shù)據(jù)科學(xué)家可以使用不同的格式（文本、音頻、視頻和圖像）優(yōu)化這些層，以提高準(zhǔn)確性，但他們還需要更多的培訓(xùn)才能工作。數(shù)據(jù)：人工智能的燃料
數(shù)據(jù)是人工智能系統(tǒng)的“燃料”。如果沒有大量數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練人工智能模型，人工智能就不會具有任何功能。
好的人工智能訓(xùn)練數(shù)據(jù)具有幾個特征，包括：
資料齊全，無遺漏與AI系統(tǒng)功能一致準(zhǔn)確，無錯誤數(shù)據(jù)最新，沒有過時的信息
您使用多種類型的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)，分為三類：結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化。
結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)具有預(yù)定義的格式。想想日期、地址、信用卡號碼、數(shù)字系列和其他標(biāo)準(zhǔn)輸入方法。輸入人工智能系統(tǒng)的每條數(shù)據(jù)都會有一個標(biāo)準(zhǔn)格式。
非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)缺乏任何特定信息。輸入非結(jié)構(gòu)化文本、圖像、視頻和圖像，讓 AI 找到數(shù)據(jù)中的模式。人工智能可以使用自然語言處理（NLP）、計算機視覺和其他方法來處理信息。
如果沒有預(yù)定義的模型，您可以使用半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)使用 JSON、XML 和 CSV 等文件格式。走這條路將為您帶來非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源的好處以及輕松存儲訓(xùn)練數(shù)據(jù)的能力。
算法：人工智能的問題解決者
算法是人工智能的支柱。它們是告訴人工智能如何學(xué)習(xí)、改進決策和解決問題的數(shù)學(xué)程序。算法將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為您每天可以使用的見解。
人工智能程序中使用的流行算法包括：
線性回歸。根據(jù)輸入和輸出的數(shù)學(xué)關(guān)系進行預(yù)測。決策樹。基于數(shù)據(jù)屬性的模型決策。K-均值聚類。創(chuàng)建數(shù)據(jù)集群并找到每個集群的中心以根據(jù)輸入識別模式。
這些算法的工作原理是獲取您輸入的數(shù)據(jù)并將其輸入到算法中。您提供的高質(zhì)量數(shù)據(jù)越多，算法就越容易找到模式并將其轉(zhuǎn)化為可行的見解！
人工智能如何逐步運作
既然您了解了人工智能是什么，您可能想知道如何在實踐中使用它。本節(jié)將引導(dǎo)您逐步完成構(gòu)建人工智能系統(tǒng)的過程。
人工智能流程：數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預(yù)處理選型訓(xùn)練模型測試與評估模型優(yōu)化部署持續(xù)學(xué)習(xí)
1. 數(shù)據(jù)收集
數(shù)據(jù)收集是開發(fā)人工智能系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分之一。這是收集大量數(shù)據(jù)來訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)的過程。
您的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以是任何格式：文本、數(shù)字、圖像、視頻或音頻。數(shù)據(jù)的格式取決于您使用的是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集還是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集。
讓我們以查看社交媒體帖子對品牌的情緒為例。從社交媒體收集大量數(shù)據(jù)集并對這些帖子的情緒進行分類。它們是積極的、消極的還是中性的？
將這些結(jié)果放入 CSV 文件中以進行訓(xùn)練。完成后，您可以確定您的品牌在網(wǎng)上的情感。
2. 數(shù)據(jù)預(yù)處理
您不應(yīng)該只輸入找到的數(shù)據(jù)。人工智能系統(tǒng)需要準(zhǔn)確、最新且相關(guān)的信息才能獲得最佳結(jié)果。如果不預(yù)處理數(shù)據(jù)，就無法保證這種情況會發(fā)生，尤其是當(dāng)您擁有大量數(shù)據(jù)時。
噪聲去除（也稱為數(shù)據(jù)平滑）是一項重要過程。這意味著查找并刪除任何損害學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)并修復(fù)任何結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的格式。
以正在接受財務(wù)分析訓(xùn)練的人工智能模型為例。查看您的訓(xùn)練數(shù)據(jù)（例如股票價格和利率），以查找任何格式不正確的值。包含或刪除美元符號，確保小數(shù)位于正確的位置，并刪除任何其他異常情況。
3、模型選擇
模型選擇是人工智能開發(fā)過程中的一個步驟，您可以在其中選擇最適合當(dāng)前問題的人工智能模型。許多人工智能模型都可用，包括機器學(xué)習(xí)算法、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或使用各種技術(shù)的混合模型。
除了不同類型的人工智能算法之外，還可以使用多種類型的機器學(xué)習(xí)：
監(jiān)督學(xué)習(xí)。依靠人工標(biāo)記的數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)和獲取知識。
無監(jiān)督學(xué)習(xí)。依靠未標(biāo)記的數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)模式來獲取知識。
強化學(xué)習(xí)。依靠人工智能與環(huán)境的交互來從錯誤中學(xué)習(xí)并獲取知識。
深度學(xué)習(xí)模型可以通過多層轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它適合更復(fù)雜的任務(wù)。
您選擇的模型將取決于幾個因素，包括：
您擁有的數(shù)據(jù)量等待訓(xùn)練的時間您的總資源您擁有的數(shù)據(jù)類型您的總預(yù)算
4. 訓(xùn)練模型
當(dāng)您預(yù)處理數(shù)據(jù)并選擇模型時，就進入了訓(xùn)練階段。
在此階段中，您將把數(shù)據(jù)分為兩組：訓(xùn)練集和驗證集。訓(xùn)練集是您用來訓(xùn)練模型的數(shù)據(jù)集，驗證（測試）集可幫助您了解模型的訓(xùn)練情況。
您選擇的模型將開始讀取您的數(shù)據(jù)集，使用數(shù)學(xué)和計算模型來查看數(shù)據(jù)模式并創(chuàng)建輸出模型以幫助其做出未來預(yù)測。
這所需的時間取決于您擁有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)量以及您計劃訓(xùn)練的模型有多大。層數(shù)越多，花費的時間就越長，使用的資源也就越多。
5. 測試與評估
您不應(yīng)該僅僅指望 AI 模型在完成訓(xùn)練后就處于生產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)集的質(zhì)量以及您在預(yù)處理方面的工作表現(xiàn)，最終模型可能不會給出很好的結(jié)果。
這就是您創(chuàng)建的單獨驗證數(shù)據(jù)集可以發(fā)揮作用的地方。您的驗證數(shù)據(jù)集包含輸入和放入 AI 應(yīng)用程序后的預(yù)期輸出。
驗證 AI 模型時，您需要進行多次測量。準(zhǔn)確度（正確預(yù)測的百分比）、精確度（實際為正的預(yù)測的百分比）和召回率（正確識別的案例的百分比）是最常見的。
以下幾種情況可能會出現(xiàn)問題：
數(shù)據(jù)不佳。不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)意味著您的模型無法產(chǎn)生良好的結(jié)果。
欠擬合。AI模型過于簡單，無法捕捉數(shù)據(jù)模式。
偏見。這些數(shù)據(jù)傾向于一個方向，并且趨勢與人類的偏見相同。
6. 模型優(yōu)化
模型優(yōu)化是提高 AI 模型性能的過程。這可能意味著微調(diào)或修改模型參數(shù)并使用正則化技術(shù)。
微調(diào)意味著優(yōu)化模型的參數(shù)。您可以更改神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重或用于調(diào)整模型的 AI 算法。
調(diào)整模型的架構(gòu)意味著在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除層，以改變層之間的連接并更好地捕獲數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。
正則化技術(shù)有助于防止過度擬合，當(dāng)模型在經(jīng)過訓(xùn)練的數(shù)據(jù)（而不是未見的數(shù)據(jù)）上表現(xiàn)良好時，這非常有用。正則化使人工智能更容易泛化并提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。
7. 部署
部署是完成 AI 模型訓(xùn)練和優(yōu)化后模型開發(fā)生命周期的最后階段。這是將模型集成到現(xiàn)有系統(tǒng)或構(gòu)建新計算機程序來使用模型的過程。
例如，假設(shè)您有一個新的人工智能模型想要用于財務(wù)預(yù)測。您擁有一家產(chǎn)品業(yè)務(wù)，并希望了解未來的銷售額。
您將把模型與當(dāng)前的計算機系統(tǒng)聯(lián)系起來，以獲取銷售數(shù)據(jù)、財務(wù)和其他相關(guān)信息。作為回報，該模型會生成報告，估算您未來可以預(yù)期的銷售額和收入。
8.持續(xù)學(xué)習(xí)
人工智能模型不是一次性訓(xùn)練的東西。您必須定期根據(jù)新信息訓(xùn)練模型，以繼續(xù)看到準(zhǔn)確的輸出。
您可以通過幾種方式來做到這一點。首先是微調(diào)您的基礎(chǔ)模型。您可以根據(jù)初始訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成基礎(chǔ)模型，并根據(jù)新數(shù)據(jù)微調(diào)該模型。這為您的人工智能模型提供了更新的數(shù)據(jù)，以做出更準(zhǔn)確的預(yù)測。
更新人工智能模型的另一種方法是通過強化學(xué)習(xí)人類反饋（RLHF）。通過此過程，您將監(jiān)控人工智能系統(tǒng)的反饋并對其進行評分。然后，系統(tǒng)會了解自己做錯了什么，并利用該反饋在未來提供更好的結(jié)果。概括
如您所見，訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)需要幾個步驟。
數(shù)據(jù)采集。收集供您使用的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其傳遞給培訓(xùn)程序以告知人工智能。數(shù)據(jù)預(yù)處理。檢查數(shù)據(jù)集以刪除錯誤數(shù)據(jù)、修復(fù)格式并確保信息保持更新。模型選擇。選擇最適合您需求的 AI 模型。模型訓(xùn)練。將您的訓(xùn)練數(shù)據(jù)提供給 AI 模型進行訓(xùn)練。模型測試。使用測試數(shù)據(jù)集確保您的模型產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果。模型優(yōu)化。對模型進行更改以改進結(jié)果和性能。部署。將新的人工智能模型與當(dāng)前系統(tǒng)集成。
持續(xù)學(xué)習(xí)。不斷根據(jù)新信息更新您的人工智能模型，以保持其相關(guān)性并產(chǎn)生良好的結(jié)果。
然而，這只是一個示例過程。并非所有人工智能系統(tǒng)都是相同的，因此您可能需要更改此流程以滿足您的獨特需求。
題圖來自Unsplash，基于 CC0 協(xié)議。
