什么是無監督學習（Unsupervised Learning）？定義、技術、應用和挑戰 – AI百科知識

隨著人工智能（AI）領域的發展，機器學習已經成為一種核心技術，使計算機能夠自行學習并做出決定。廣義上講，機器學習可以分為三個主要類別：監督學習、無監督學習和強化學習。雖然監督學習因其廣泛的應用而備受關注，但無監督學習在釋放人工智能的真正力量方面擁有巨大潛力。

在本篇文章中，我們將深入了解無監督學習的世界，探索其基本概念、關鍵算法、應用和挑戰。在本文結束時，你將全面了解什么是無監督學習，以及為什么它對人工智能的未來不可或缺。

什么是無監督學習

無監督學習是機器學習的一種類型，模型從數據中學習，沒有任何明確的指導或標記的例子。換句話說，算法被暴露在大量的非結構化數據中，其任務是在這些數據中自行尋找有意義的模式或結構。

無監督學習的主要目標是在數據中發現隱藏的結構、關系或模式，可用于各種目的，如降維、聚類或生成新樣本。在處理人工標注不切實際或不可能的大型數據集時，這些技術特別有價值。

無監督學習算法可以分為兩個主要類別：聚類和降維。讓我們來看看每個類別和其中的一些基本算法。

聚類算法的目的是將數據集劃分為不同的組，每組包含類似的數據點。其目標是最大限度地提高每組內的相似性，同時最小化不同組之間的相似性。一些流行的聚類算法包括：

K-means聚類： K-means是一種簡單而廣泛使用的聚類算法，它將數據分成K個聚類。該算法迭代地將每個數據點分配到最近的聚類中心，并根據每個聚類中的點的平均值更新聚類中心。
DBSCAN： DBSCAN（基于密度的有噪聲的空間聚類應用）是一種基于密度的聚類算法，根據數據點的接近程度和密度進行分組。它可以識別任意形狀的聚類，并對噪聲具有魯棒性。
層次聚類： 層次聚類算法建立一個樹狀結構（樹枝圖）來表示數據點的嵌套分組。它們可以分為聚類（自下而上）和分化（自上而下）方法。

降維技術旨在減少數據集中的特征數量，同時保留其基本結構或關系。這些方法可用于數據可視化、降噪，或提高其他機器學習模型的性能。一些流行的降維技術包括：

主成分分析（PCA）： PCA是一種線性降維技術，它將數據投射到一個較低維度的子空間，同時保留了數據的最大方差。它可用于數據壓縮、可視化和降噪。
t-SNE：t-SNE（t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding）是一種非線性降維技術，對二維或三維高維數據的可視化特別有效。它通過最小化代表原始空間和低維空間中成對相似性的概率分布之間的分歧來工作。
自動編碼器： 自動編碼器是一種用于降維和特征學習的神經網絡。它們由一個將輸入數據映射到低維表示的編碼器和一個從低維表示重建輸入數據的解碼器組成。