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https://github.com/datawhalechina/statistical-learning-method-solutions-manual

统计学习方法习题解答，在线阅读地址：https://datawhalechina.github.io/statistical-learning-method-solutions-manual
https://github.com/datawhalechina/statistical-learning-method-solutions-manual

machine-learning statistical-learning-method

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统计学习方法习题解答，在线阅读地址：https://datawhalechina.github.io/statistical-learning-method-solutions-manual

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README 

        


统计学习方法习题解答





  李航老师的《统计学习方法》和《机器学习方法》是机器学习领域的经典入门教材之一。本书分为监督学习、无监督学习和深度学习，全面系统地介绍了机器学习的主要方法。



- 第1篇主要介绍监督学习的主要方法，包括感知机、k近邻法、朴素贝叶斯法、决策树、逻辑斯谛回归与最大熵模型、支持向量机、提升方法、EM算法、隐马尔可夫模型和条件随机场等；

- 第2篇主要介绍无监督学习的主要方法，包括聚类方法、奇异值分解、主成分分析、潜在语义分析、概率潜在语义分析、马尔科夫链蒙特卡罗法、潜在狄利克雷分配和PageRank算法等；

- 第3篇主要介绍深度学习的主要方法，包括前馈神经网络、卷积神经网络、循环神经网络、序列到序列模型、预训练语言模型和生成对抗网络等。 



## 使用说明

  统计学习方法习题解答，主要完成了该书的所有习题，并提供代码和运行之后的截图，里面的内容是以统计学习方法的内容为前置知识，该习题解答的最佳使用方法是以李航老师的《机器学习方法》为主线，并尝试完成课后习题，如果遇到不会的，再来查阅习题解答。  

  如果觉得解答不详细，可以[点击这里](https://github.com/datawhalechina/statistical-learning-method-solutions-manual/issues)提交你希望补充推导或者习题编号，我们看到后会尽快进行补充。



### 在线阅读地址

在线阅读地址：https://datawhalechina.github.io/statistical-learning-method-solutions-manual



## 选用的《机器学习方法》版本




> 书名：机器学习方法  

> 作者：李航  

> 出版社：清华大学出版社  

> 版次：2022年3月第1版  



## Notebook运行环境配置

1. Python版本  

   请使用python3.10.X，如使用其他版本，requirements.txt中所列的依赖包可能不兼容。

   

2. 安装相关的依赖包

    ```shell

    pip install -r requirements.txt

    ```

   

3. 安装graphviz（用于展示决策树）  

    可参考博客：https://blog.csdn.net/HNUCSEE_LJK/article/details/86772806



4. 安装PyTorch

访问[PyTorch官网](https://pytorch.org/get-started/locally/)，选择合适的版本安装PyTorch，有条件的小伙伴可以下载GPU版本

```shell

pip3 install torch==1.12.1+cu116 torchvision==0.13.1+cu116 torchaudio==0.12.1+cu116 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html

```



5. docsify框架运行

    ```shell

    docsify serve ./docs

    ```



## 协作规范

1. 由于习题解答中需要有程序和执行结果，采用jupyter notebook的格式进行编写（文件路径：notebook/notes），然后将其导出成markdown格式，再覆盖到docs对应的章节下。

2. 可按照Notebook运行环境配置，配置相关的运行环境。

3. 习题解答编写中，需要尽量使用初学者（有高数基础）能理解的数学概念，如果涉及公式定理的推导和证明，可附上参考链接。

4. 当前进度



| 章节号 |           标题           |  进度  | 负责人 | 审核人 |

| :---: | :----------------------: | :----: | :----: | :----: |

|  1 | 统计学习方法概论         | 已完成 | 胡锐锋、毛鹏志 | 王维嘉、毛鹏志、范佳慧 |

|  2 | 感知机                 | 已完成 | 胡锐锋 | 毛鹏志、范佳慧、王天富、王茸茸 |

|  3 | k近邻法                | 已完成 | 胡锐锋 | 王维嘉、毛鹏志、王茸茸 |

|  4 | 朴素贝叶斯法            | 已完成 | 胡锐锋、王维嘉 | 王瀚翀、王天富、王茸茸 |

|  5 | 决策树                 | 已完成 | 胡锐锋、王维嘉 |  王瀚翀、王天富、王茸茸 |

|  6 | 逻辑斯谛回归与最大熵模型 | 已完成 | 胡锐锋 | 毛鹏志、范佳慧、王瀚翀 |

|  7 | 支持向量机              | 已完成 | 胡锐锋、王茸茸 | 王维嘉、王瀚翀、王天富 |

|  8 | 提升方法               | 已完成 | 胡锐锋、王茸茸 | 王维嘉、毛鹏志、王瀚翀 |

|  9 | EM算法及其推广          | 已完成 | 胡锐锋 | 毛鹏志、范佳慧、王瀚翀、王茸茸 |

| 10 | 隐马尔可夫模型          | 已完成 | 胡锐锋、王瀚翀 | 王维嘉、范佳慧、王天富、王茸茸 |

| 11 | 条件随机场             | 已完成 | 胡锐锋、王瀚翀 | 王维嘉、范佳慧、王天富 |

| 14 | 聚类方法               | 已完成 | 胡锐锋、刘晓东 | 毛鹏志、汪健麟、王天富 |

| 15 | 奇异值分解             | 已完成 | 胡锐锋、李拥祺 | 张宇明、刘晓东、兰坤 |

| 16 | 主成分分析             | 已完成 | 胡锐锋、王茸茸 | 张宇明、刘晓东、范致远、兰坤 |

| 17 | 潜在语义分析            | 已完成 | 胡锐锋 | 汪健麟、王天富、兰坤 |

| 18 | 概率潜在语义分析        | 已完成 | 胡锐锋 | 毛鹏志、兰坤、汪健麟、张宇明 |

| 19 | 马尔可夫链蒙特卡罗法     | 已完成 | 胡锐锋、王天富 | 毛鹏志、刘晓东、范致远、汪健麟 |

| 20 | 潜在狄利克雷分配        | 已完成 | 胡锐锋、薛博阳 | 毛鹏志、刘晓东、范致远、王天富 |

| 21 | PageRank算法         | 已完成 | 胡锐锋、毛鹏志 | 张宇明、范致远、王天富 |

| 23 | 前馈神经网络           | 已完成 | 胡锐锋、毛鹏志 | 王天富、李拥祺、王昊文、胡磊 |

| 24 | 卷积神经网络           | 已完成 | 胡锐锋、王天富 | 王昊文、李拥祺、胡磊、李拙 |

| 25 | 循环神经网络           | 已完成 | 胡锐锋、王昊文 | 毛鹏志、李拥祺、王天富、李拙 |

| 26 | 序列到序列模型         | 待完善 | 胡锐锋、薛博阳 | 毛鹏志、王昊文、胡磊、李拙 |

| 27 | 预训练语言模型         | 已完成 | 胡锐锋、范致远 | 毛鹏志、胡磊、王天富、李拙 |

| 28 | 生成对抗网络           | 已完成 | 胡锐锋、胡磊 | 毛鹏志、王昊文、王天富、李拥祺 |



## 项目结构


codes----------------------------------------------习题代码

|   +---ch02-----------------------------------------第2章习题解答代码

|   |   +---perceptron.py------------------------------习题2.2（构建从训练数据求解感知机模型的例子）

|   +---ch03-----------------------------------------第3章习题解答代码

|   |   +---k_neighbors_classifier.py------------------习题3.1（k近邻算法关于k值的模型比较）

|   |   +---kd_tree_demo.py----------------------------习题3.2（kd树的构建与求最近邻点）

|   |   +---my_kd_tree.py------------------------------习题3.3（用kd树的k邻近搜索算法）

|   +---ch05-----------------------------------------第5章习题解答代码

|   |   +---k_neighbors_classifier.py------------------习题5.1（调用sklearn的DecisionTreeClassifier类使用C4.5算法生成决策树）

|   |   +---my_decision_tree.py------------------------习题5.1（自编程实现C4.5生成算法）

|   |   +---my_least_squares_regression_tree.py--------习题5.2（最小二乘回归树生成算法）

|   +---ch06-----------------------------------------第6章习题解答代码

|   |   +---my_logistic_regression.py------------------习题6.2（实现Logistic回归模型学习的梯度下降法）

|   |   +---maxent_dfp.py------------------------------习题6.3（最大熵模型学习的DFP算法）

|   +---ch07-----------------------------------------第7章习题解答代码

|   |   +---svm_demo.py--------------------------------习题7.2（根据题目中的数据训练SVM模型，并在图中画出分离超平面、间隔边界及支持向量）

|   +---ch08-----------------------------------------第8章习题解答代码

|   |   +---adaboost_demo.py---------------------------习题8.1（使用sklearn的AdaBoostClassifier分类器实现）

|   |   +---my_adaboost.py-----------------------------习题8.1（自编程实现AdaBoost算法）

|   +---ch09-----------------------------------------第9章习题解答代码

|   |   +---three_coin_EM.py---------------------------习题9.1（三硬币模型的EM算法）

|   |   +---gmm_demo.py--------------------------------习题9.3（使用GaussianMixture求解两个分量高斯混合模型的6个参数）

|   |   +---my_gmm.py----------------------------------习题9.3（自编程实现求两个分量的高斯混合模型的5个参数）

|   +---ch10-----------------------------------------第10章习题解答代码

|   |   +---hidden_markov_backward.py------------------习题10.1（隐马尔可夫模型的后向算法）

|   |   +---hidden_markov_forward_backward.py----------习题10.2（隐马尔可夫模型的前向后向算法）

|   |   +---hidden_markov_viterbi.py-------------------习题10.3（隐马尔可夫模型的维特比算法）

|   +---ch11-----------------------------------------第11章习题解答代码

|   |   +---crf_matrix.py------------------------------习题11.4（使用条件随机场矩阵形式，计算所有路径状态序列的概率及概率最大的状态序列）

|   +---ch14-----------------------------------------第14章习题解答代码

|   |   +---divisive_clustering.py---------------------习题14.1（分裂聚类算法）

|   +---ch15-----------------------------------------第15章习题解答代码

|   |   +---my_svd.py----------------------------------习题15.1（自编程实现奇异值分解）

|   |   +---outer_product_expansion.py-----------------习题15.2（外积展开式）

|   +---ch16-----------------------------------------第16章习题解答代码

|   |   +---pca_svd.py---------------------------------习题16.1（样本矩阵的奇异值分解的主成分分析算法）

|   +---ch17-----------------------------------------第17章习题解答代码

|   |   +---lsa_svd.py---------------------------------习题17.1（用矩阵奇异值分解进行潜在语义分析）

|   |   +---divergence_nmf_lsa.py----------------------习题17.2（损失函数是散度损失时的非负矩阵分解算法）

|   +---ch18-----------------------------------------第18章习题解答代码

|   |   +---em_plsa.py---------------------------------习题18.1（基于生成模型的EM算法的概率潜在语义分析）

|   +---ch19-----------------------------------------第19章习题解答代码

|   |   +---monte_carlo_method.py----------------------习题19.1（蒙特卡洛法积分计算）

|   |   +---metropolis_hastings.py---------------------习题19.7（使用Metropolis-Hastings算法求后验概率分布的均值和方差）

|   |   +---gibbs_sampling.py--------------------------习题19.8（使用吉布斯抽样算法估计参数的均值和方差）

|   +---ch20-----------------------------------------第20章习题解答代码

|   |   +---gibbs_sampling_lda.py----------------------习题20.2（LDA吉布斯抽样算法）

|   +---ch21-----------------------------------------第21章习题解答代码

|   |   +---page_rank.py-------------------------------习题21.2（基本定义的PageRank的迭代算法）

|   +---ch23-----------------------------------------第23章习题解答代码

|   |   +---feedforward_nn_backpropagation.py----------习题23.3（自编程实现前馈神经网络的反向传播算法）

|   +---ch24-----------------------------------------第24章习题解答代码

|   |   +---cnn-text-classification.py-----------------习题24.7（基于CNN的自然语言句子分类模型）

|   +---ch26-----------------------------------------第26章习题解答代码

|   |   +---lstm_seq2seq.py----------------------------习题26.1（4层LSTM组成的序列到序列的基本模型）

|   |   +---cnn_seq2seq.py-----------------------------习题26.4（基于CNN的序列到序列模型）

|   +---ch27-----------------------------------------第27章习题解答代码

|   |   +---bi-lstm-text-classification.py-------------习题27.1（基于双向LSTM的预训练语言模型）

|   |   +---auto_encoder.py----------------------------习题27.3（2层卷积神经网络编码器和2层卷积神经网络解码器组成的自动编码器）

|   +---ch28-----------------------------------------第28章习题解答代码

|   |   +---zero_sum_game.py---------------------------习题28.2（零和博弈的代码验证）

docs-----------------------------------------------习题解答

notebook-------------------------------------------习题解答JupyterNotebook格式

requirements.txt-----------------------------------运行环境依赖包




## 致谢



**核心贡献者**

- [胡锐锋-项目负责人](https://github.com/Relph1119) （Datawhale成员-华东交通大学-系统架构设计师）

- [王维嘉](https://github.com/king-vega) （中国石油大学（北京））

- [王茸茸](https://www.zhihu.com/people/naruto-80-25) （北京邮电大学-风控算法工程师）

- [王瀚翀](https://github.com/ericwang970322) （华东师范大学-推荐系统方向）

- [毛鹏志](https://github.com/NorthblueM) （Datawhale成员-中科院计算所-信息检索与生物信息方向）

- [刘晓东](https://blog.csdn.net/weixin_44212633) （中科院自动化研究所-意图识别与人机交互方向）

- [李拥祺](https://github.com/L3Y1Q2) （南方科技大学-运动规划与控制决策方向）

- [王天富](http://geminilight.cn/) （中国科学技术大学-数据挖掘与强化学习方向）

- [薛博阳](https://amourwaltz.github.io) （香港中文大学-语言模型与语音识别方向）

- [胡磊](https://github.com/DBinary) （北京科技大学-表征学习与生物信息方向）

- [范致远](https://github.com/Elvisambition) （Datawhale成员-中科院自动化研究所-信息抽取与大模型可信推理方向）

- [王昊文](https://github.com/whw199833) （帝国理工学院-算法工程师）



**其他**

1. 特别感谢 [@Sm1les](https://github.com/Sm1les)、[@LSGOMYP](https://github.com/LSGOMYP) 对本项目的帮助与支持；

2. 感谢[@GYHHAHA](https://github.com/GYHHAHA)，指出了第7章习题7.4的解答问题，并完善了该题的解答；

3. 感谢范佳慧、汪健麟、张宇明、兰坤、李拙等同学对项目提供的完善性建议；

4. 感谢张帆同学对习题27.1解答的帮助，解决了ELMo预训练模型的代码问题。



## 参考文献

1. [李航《统计学习方法笔记》中的代码、notebook、参考文献、Errata](https://github.com/SmirkCao/Lihang)  

2. [CART剪枝详解](https://blog.csdn.net/wjc1182511338/article/details/76793164)

3. [CART剪枝算法详解](http://www.pianshen.com/article/1752163397/)



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