干货：深度学习 vs 机器学习 vs 模式识别三种技术对比

【编者按】本文来自CMU的博士，MIT的博士后，vision.ai的联合创始人Tomasz Malisiewicz的个人博客文章，阅读本文，你可以更好的理解计算机视觉是怎么一回事，同时对机器学习是如何随着时间缓慢发展的也有个直观的认识。

以下为正文：

本文我们来关注下三个非常相关的概念（深度学习、机器学习和模式识别），以及他们与2015年最热门的科技主题（机器人和人工智能）的联系。

图1 人工智能并非将人放入一台计算机中（图片来源于 WorkFusion 的博客）

环绕四周，你会发现不缺乏一些初创的高科技公司招聘机器学习专家的岗位。而其中只有一小部分需要深度学习专家。我敢打赌，大多数初创公司都可以从最基本的数据分析中获益。那如何才能发现未来的数据科学家？你需要学习他们的思考方式。

三个与"学习"高度相关的流行词汇

模式识别（Pattern recogniTIon）、机器学习（machine learning）和深度学习（deep learning）代表三种不同的思想流派。模式识别是最古老的（作为一个术语而言，可以说是很过时的）。机器学习是最基础的（当下初创公司和研究实验室的热点领域之一）。而深度学习是非常崭新和有影响力的前沿领域，我们甚至不会去思考后深度学习时代。我们可以看下图所示的谷歌趋势图。可以看到：

1）机器学习就像是一个真正的冠军一样持续昂首而上；

2）模式识别一开始主要是作为机器学习的代名词；

3）模式识别正在慢慢没落和消亡；

4）深度学习是个崭新的和快速攀升的领域。

2004年至今三个概念的谷歌搜索指数（图来源于 谷歌趋势 ）

1. 模式识别：智能程序的诞生

模式识别是70年代和80年代非常流行的一个术语。它强调的是如何让一个计算机程序去做一些看起来很"智能"的事情，例如识别"3"这个数字。而且在融入了很多的智慧和直觉后，人们也的确构建了这样的一个程序。例如，区分"3"和"B"或者"3"和"8"。早在以前，大家也不会去关心你是怎么实现的，只要这个机器不是由人躲在盒子里面伪装的就好（图2）。不过，如果你的算法对图像应用了一些像滤波器、边缘检测和形态学处理等等高大上的技术后，模式识别社区肯定就会对它感兴趣。光学字符识别就是从这个社区诞生的。因此，把模式识别称为70年代，80年代和90年代初的"智能"信号处理是合适的。决策树、启发式和二次判别分析等全部诞生于这个时代。而且，在这个时代，模式识别也成为了计算机科学领域的小伙伴搞的东西，而不是电子工程。从这个时代诞生的模式识别领域最著名的书之一是由Duda & Hart执笔的"模式识别（Pattern ClassificaTIon）"。对基础的研究者来说，仍然是一本不错的入门教材。不过对于里面的一些词汇就不要太纠结了，因为这本书已经有一定的年代了，词汇会有点过时。

图2 一个字符"3"的图像被划分为16个子块。

自定义规则、自定义决策，以及自定义"智能"程序在这个任务上，曾经都风靡一时（更多信息，可以查看这个 OCR 网页）

小测试：计算机视觉领域最著名的会议叫CVPR，这个PR就是模式识别。你能猜出第一届CVPR会议是哪年召开的吗？

2. 机器学习：从样本中学习的智能程序

在90年代初，人们开始意识到一种可以更有效地构建模式识别算法的方法，那就是用数据（可以通过廉价劳动力采集获得）去替换专家（具有很多图像方面知识的人）。因此，我们搜集大量的人脸和非人脸图像，再选择一个算法，然后冲着咖啡、晒着太阳，等着计算机完成对这些图像的学习。这就是机器学习的思想。"机器学习"强调的是，在给计算机程序（或者机器）输入一些数据后，它必须做一些事情，那就是学习这些数据，而这个学习的步骤是明确的。相信我，就算计算机完成学习要耗上一天的时间，也会比你邀请你的研究伙伴来到你家然后专门手工得为这个任务设计一些分类规则要好。

图3 典型的机器学习流程（图来源于 Natalia KonstanTInova 博士的博客）。

在21世纪中期，机器学习成为了计算机科学领域一个重要的研究课题，计算机科学家们开始将这些想法应用到更大范围的问题上，不再限于识别字符、识别猫和狗或者识别图像中的某个目标等等这些问题。研究人员开始将机器学习应用到机器人（强化学习，操控，行动规划，抓取）、基因数据的分析和金融市场的预测中。另外，机器学习与图论的联姻也成就了一个新的课题---图模型。每一个机器人专家都"无奈地"成为了机器学习专家，同时，机器学习也迅速成为了众人渴望的必备技能之一。然而，"机器学习"这个概念对底层算法只字未提。我