장철원, 선형대수와 통계학으로 배우는 머신러닝 with 파이썬, 비제이퍼블릭

 

『선형대수와 통계학으로 배우는 머신러닝 with 파이썬』은 머신러닝을 깊이 있게 이해하고자 하는 독자들에게 최적의 선택이 될 수 있는 책입니다. 이 책은 머신러닝의 근본적인 기초가 되는 선형대수, 통계학, 최적화 이론을 하나의 체계로 정리하여 제공합니다. 특히 수학적 개념이 부족한 독자들도 쉽게 접근할 수 있도록 다양한 그림과 친절한 설명을 통해 복잡한 수학 수식을 이해할 수 있도록 돕습니다.

머신러닝 알고리즘을 단순히 소개하는 것에 그치지 않고, 해당 알고리즘의 작동 원리를 수학적으로 풀어내어 독자들이 깊이 있는 이해를 할 수 있도록 구성되었습니다. 또한, 이론을 바탕으로 파이썬 코드를 통해 실습을 진행할 수 있으며, 사이킷런과 텐서플로 라이브러리를 활용한 실제 예제를 통해 실무에 적용할 수 있는 능력을 배양할 수 있습니다. 각 코드에는 주석이 있어 코드의 역할을 명확히 이해할 수 있으며, 장별로 제공되는 전체 코드로 흐름을 파악할 수 있습니다.

이 책은 머신러닝을 처음 접하는 사람은 물론, 이미 공부한 경험이 있지만 실무에서 어려움을 겪는 사람들, 그리고 머신러닝 알고리즘의 원리를 깊이 이해하고자 하는 모든 이들에게 큰 도움이 될 것입니다. 머신러닝의 수학적 기초를 탄탄히 다지고, 이를 바탕으로 실습을 통해 배운 내용을 자신의 분야에 응용할 수 있는 기회를 제공합니다.

『선형대수와 통계학으로 배우는 머신러닝 with 파이썬』은 이론과 실습을 겸비한 학습을 통해 머신러닝의 기본기를 다지고, 나아가 전문성을 높이는 데 기여할 것입니다. 머신러닝의 세계로 한 발짝 더 나아가고 싶은 분들에게 강력히 추천합니다.

 

 

 

목차

■ CHAPTER 1. 환경 설정
1.1 윈도우에서 환경 설정하기
1.2 맥북에서 환경 설정하기
1.3 리눅스에서 환경 설정하기

■ CHAPTER 2. 머신러닝 개요
2.1 머신러닝이란
2.2 지도 학습 vs 비지도 학습
2.3 머신러닝의 전반적인 과정

■ CHAPTER 3. 머신러닝을 위한 선형대수
3.1 선형대수와 머신러닝의 관계
3.2 행렬의 기초
___ 3.2.1 행렬이란
___ 3.2.2 대각 행렬
___ 3.2.3 전치 행렬
___ 3.2.4 행렬의 덧셈, 뺄셈
___ 3.2.5 행렬의 스칼라곱
___ 3.2.6 행렬곱
___ 3.2.7 행렬의 원소곱
___ 3.2.8 행렬식
___ 3.2.9 역행렬
3.3 내적
3.4 선형 변환
3.5 랭크, 차원
___ 3.5.1 벡터 공간, 기저
___ 3.5.2 랭크와 차원
___ 3.5.3 직교 행렬
3.6 고윳값, 고유 벡터
3.7 특이값 분해
___ 3.7.1 닮음
___ 3.7.2 직교 대각화
___ 3.7.3 고윳값 분해
___ 3.7.4 특이값 분해
3.8 이차식 표현
___ 3.8.1 이차식 개념
___ 3.8.2 양정치 행렬
3.9 벡터의 미분

■ CHAPTER 4. 머신러닝을 위한 통계학
4.1 통계학과 머신러닝의 관계
4.2 확률 변수와 확률 분포
___ 4.2.1 확률 변수
___ 4.2.2 확률 분포
4.3 모집단과 표본
4.4 평균과 분산
___ 4.4.1 평균
___ 4.4.2 분산
___ 4.4.3 평균과 분산의 성질
4.5 상관관계
___ 4.5.1 공분산
___ 4.5.2 상관 계수
4.6 균일 분포
4.7 정규 분포
4.8 이항 분포
___ 4.8.1 베르누이 분포
___ 4.8.2 이항 분포
___ 4.8.3 다항 분포
4.9 최대 가능도 추정
4.10 최대 사후 추정
___ 4.10.1 조건부 확률
___ 4.10.2 베이즈 추정
___ 4.10.3 최대 사후 추정

■ CHAPTER 5. 최적화
5.1 컨벡스 셋
___ 5.1.1 직선과 선분
___ 5.1.2 아핀 셋
___ 5.1.3 아핀 함수 vs 선형 함수
___ 5.1.4 컨벡스 셋
___ 5.1.5 초평면과 반공간
5.2 컨벡스 함수
___ 5.2.1 컨벡스 함수의 개념
___ 5.2.2 컨벡스 함수의 예
___ 5.2.3 1차, 2차 미분 조건
___ 5.2.4 얀센의 부등식
___ 5.2.5 컨벡스 성질 보존 조건
5.3 라그랑주 프리멀 함수
___ 5.3.1 일반적인 최적화 문제
___ 5.3.2 컨벡스 최적화 문제
___ 5.3.3 라그랑주 프리멀 함수
5.4 라그랑주 듀얼 함수
5.5 Karush-Kuhn-Tucker(KKT) 조건
5.6 머신러닝에서의 최적화 문제
___ 5.6.1 최소 제곱법
___ 5.6.2 제약식이 포함된 최소 제곱법
5.7 뉴턴-랩슨 메소드
5.8 그래디언트 디센트 옵티마이저
___ 5.8.1 그래디언트 디센트 소개
___ 5.8.2 확률적 그래디언트 디센트
___ 5.8.3 모멘텀
___ 5.8.4 네스테로프 가속 경사(Nesterov Accelerated Gradient)
___ 5.8.5 Adagrad
___ 5.8.6 Adadelta
___ 5.8.7 RMSprop
___ 5.8.8 Adam
___ 5.8.9 AdaMax
___ 5.8.10 Nadam

■ CHAPTER 6. 머신러닝 데이터 살펴보기
6.1 머신러닝에 사용할 데이터 소개
___ 6.1.1 집값 예측하기
___ 6.1.2 꽃 구분하기
___ 6.1.3 와인 구분하기
___ 6.1.4 당뇨병 예측하기
___ 6.1.5 유방암 예측하기
6.2 데이터 전처리
___ 6.2.1 결측치 처리
___ 6.2.2 클래스 라벨 설정
___ 6.2.3 원-핫 인코딩
___ 6.2.4 데이터 스케일링

■ CHAPTER 7. 모형 평가
7.1 오버피팅과 언더피팅
7.2 크로스-밸리데이션
7.3 파이프라인
7.4 그리드 서치
7.5 손실 함수와 비용 함수
___ 7.5.1 손실 함수와 비용 함수의 개념
___ 7.5.2 L1 손실 함수
___ 7.5.3 L2 손실 함수
___ 7.5.4 엔트로피
___ 7.5.5 Negative Log Likelihood(NLL)
7.6 모형 성능 평가
___ 7.6.1 모형 성능 평가에 필요한 개념
___ 7.6.2 분류 문제에서의 성능 평가
___ 7.6.3 회귀 문제에서의 성능 평가
___ 7.6.4 군집 문제에서의 성능 평가

■ CHAPTER 8. 지도 학습
8.1 지도 학습 개요
8.2 사이킷런 소개
8.3 k-최근접 이웃 알고리즘
___ 8.3.1 k-최근접 이웃 알고리즘의 개념
___ 8.3.2 k-최근접 이웃 실습
8.4 선형 회귀 분석
___ 8.4.1 선형 회귀 분석의 개념
___ 8.4.2 릿지 회귀 분석(L2 제약식)
___ 8.4.3 라쏘 회귀 분석(L1 제약식)
___ 8.4.4 엘라스틱 넷
___ 8.4.5 선형 회귀 분석 실습
8.5 로지스틱 회귀 분석
___ 8.5.1 로지스틱 회귀 분석의 개념
___ 8.5.2 로지스틱 회귀 분석 실습
8.6 나이브 베이즈
___ 8.6.1 나이브 베이즈의 개념
___ 8.6.2 나이브 베이즈 실습
8.7 의사 결정 나무
___ 8.7.1 의사 결정 나무의 개념
___ 8.7.2 엔트로피
___ 8.7.3 지니 계수
___ 8.7.4 회귀 나무
___ 8.7.5 의사 결정 나무 실습
8.8 서포트 벡터 머신
___ 8.8.1 서포트 벡터 머신의 개념
___ 8.8.2 소프트 마진
___ 8.8.3 커널 서포트 벡터 머신
___ 8.8.4 서포트 벡터 회귀
___ 8.8.5 서포트 벡터 머신 실습
8.9 크로스 밸리데이션 실습

■ CHAPTER 9. 앙상블 학습
9.1 앙상블 학습 개념
9.2 보팅
___ 9.2.1 보팅의 개념
___ 9.2.2 보팅 실습
9.3 배깅과 랜덤 포레스트
___ 9.3.1 독립적 앙상블 방법
___ 9.3.2 배깅과 랜덤 포레스트의 개념
___ 9.3.3 랜덤 포레스트 실습
___ 9.3.4 배깅 실습
9.4 부스팅
___ 9.4.1 의존적 앙상블 방법
___ 9.4.2 에이다 부스트 개념 설명
___ 9.4.3 에이다 부스트 실습
___ 9.4.4 그래디언트 부스팅 개념 설명
___ 9.4.5 그래디언트 부스팅 실습
9.5 스태킹
___ 9.5.1 스태킹의 개념
___ 9.5.2 스태킹 실습

■ CHAPTER 10. 차원 축소
10.1 차원 축소 개념
___ 10.1.1 차원 축소하는 이유
___ 10.1.2 차원의 저주
10.2 주성분 분석
___ 10.2.1 주성분 분석의 개념
___ 10.2.2 주성분 분석 실습
10.3 커널 PCA
___ 10.3.1 커널 PCA의 개념
___ 10.3.2 커널 PCA 실습
10.4 LDA
___ 10.4.1 LDA의 개념
___ 10.4.2 LDA의 이론적 배경
___ 10.4.3 LDA 실습
10.5 LLE
___ 10.5.1 LLE의 개념
___ 10.5.2 LLE 실습
10.6 비음수 행렬 분해
___ 10.6.1 비음수 행렬 분해의 개념
___ 10.6.2 비용 함수
___ 10.6.3 비음수 행렬 분해 실습

■ CHAPTER 11. 비지도 학습
11.1 비지도 학습 개요
11.2 K-평균 클러스터링
___ 11.2.1 K-평균 클러스터링의 개념
___ 11.2.2 K-평균 클러스터링 실습
11.3 계층 클러스터링
___ 11.3.1 계층 클러스터링의 개념
___ 11.3.2 단일 연결
___ 11.3.3 완전 연결
___ 11.3.4 Ward’s 계층 클러스터링
___ 11.3.5 계층 클러스터링 실습
11.4 DBSCAN
___ 11.4.1 DBSCAN의 개념
___ 11.4.2 DBSCAN 알고리즘
___ 11.4.3 DBSCAN 실습
11.5 가우시안 혼합 모형
___ 11.5.1 가우시안 혼합 모형의 개념 설명
___ 11.5.2 EM 알고리즘
___ 11.5.3 가우시안 혼합 모형 실습

■ CHAPTER 12. 딥러닝
12.1 딥러닝 소개
12.2 퍼셉트론, 딥러닝의 기본
___ 12.2.1 퍼셉트론의 개념
___ 12.2.2 퍼셉트론으로 분류하기
___ 12.2.3 퍼셉트론 실습
12.3 인공 신경망으로 하는 딥러닝
___ 12.3.1 신경망의 개념
___ 12.3.2 오차 역전파
___ 12.3.3 활성화 함수
___ 12.3.4 배치 정규화
___ 12.3.5 드롭아웃
___ 12.3.6 텐서플로 2.0 소개
___ 12.3.7 분류 신경망 실습
___ 12.3.8 회귀 신경망 실습
12.4 합성곱 신경망(CNN)
___ 12.4.1 합성곱 신경망의 개념
___ 12.4.2 패딩
___ 12.4.3 스트라이드
___ 12.4.4 풀링
___ 12.4.5 고차원 데이터 합성곱
___ 12.4.6 합성곱 신경망 실습
12.5 순환 신경망(RNN)
___ 12.5.1 순환 신경망의 개념
___ 12.5.2 LSTM
___ 12.5.3 GRU
___ 12.5.4 순환 신경망 실습
12.6 오토 인코더(Auto-Encoder)
___ 12.6.1 오토 인코더 개념
___ 12.6.2 오토 인코더 실습
12.7 자연어 처리
___ 12.7.1 단어의 토큰화
___ 12.7.2 단어를 벡터로 변환
___ 12.7.3 단어 임베딩
___ 12.7.4 seq2seq 모형
___ 12.7.5 어텐션
___ 12.7.6 자연어 처리 실습
12.8 적대적 생성 신경망(GAN)
___ 12.8.1 적대적 생성 신경망의 개념
___ 12.8.2 적대적 생성 신경망 알고리즘
___ 12.8.3 적대적 생성 신경망 실습

 

 

 

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