普通程序員如何轉向AI方向

眼下，人工智能已經成為越來越火的一個方向。普通程序員，如何轉向人工智能方向，是知乎上的一個問題。本文是我對此問題的一個回答的歸檔版。相比原回答有所內容增加。

一。 目的

本文的目的是給出一個簡單的，平滑的，易于實現的學習方法，幫助 “普通” 程序員踏入AI領域這個門。這里，我對普通程序員的定義是：擁有大學本科知識；平時工作較忙；自己能獲取的數據有限。因此，本文更像是一篇 “from the scratch” 的AI入門教程。

二。 AI領域簡介

AI，也就是人工智能，并不僅僅包括機器學習。曾經，符號與邏輯被認為是人工智能實現的關鍵，而如今則是基于統計的機器學習占據了主導地位。最近火熱的深度學習正是機器學習中的一個子項。目前可以說，學習AI主要的是學習機器學習。但是，人工智能并不等同于機器學習，這點在進入這個領域時一定要認識清楚。關于AI領域的發展歷史介紹推薦看周老師寫的《機器學習簡介》。下面一個問題是：AI的門好跨么？其實很不好跨。我們以機器學習為例。在學習過程中，你會面對大量復雜的公式，在實際項目中會面對數據的缺乏，以及艱辛的調參等。如果僅僅是因為覺得這個方向未來會“火”的話，那么這些困難會容易讓人放棄。考慮到普通程序員的特點，而要學習如此困難的學科，是否就是沒有門路的？答案是否定的。只要制定合適的學習方法即可。

三。 學習方法

學習方法的設定簡單說就是回答以下幾個問題：我要學的是什么？我怎樣學習？我如何去學習？這三個問題概括說就是：學習目標，學習方針與學習計劃。學習目標比較清楚，就是踏入AI領域這個門。這個目標不大，因此實現起來也較為容易。“過大的目標時就是為了你日后放棄它時找到了足夠的理由”。學習方針可以總結為 “興趣為先，踐學結合”。簡單說就是先培養興趣，然后學習中把實踐穿插進來，螺旋式提高。這種方式學習效果好，而且不容易讓人放棄。有了學習方針以后，就可以制定學習計劃，也稱為學習路線。下面就是學習路線的介紹。

四。 學習路線

我推薦的學習路線是這樣的，如下圖：

圖1 AI領域學習路線圖

這個學習路線是這樣設計的：首先了解這個領域，建立起全面的視野，培養起充足的興趣，然后開始學習機器學習的基礎，這里選擇一門由淺入深的課程來學習，課程最好有足夠的實驗能夠進行實戰。基礎打下后，對機器學習已經有了充足的了解，可以用機器學習來解決一個實際的問題。這時還是可以把機器學習方法當作一個黑盒子來處理的。實戰經驗積累以后，可以考慮繼續進行學習。這時候有兩個選擇，深度學習或者繼續機器學習。深度學習是目前最火熱的機器學習方向，其中一些方法已經跟傳統的機器學習不太一樣，因此可以單獨學習。除了深度學習以外，機器學習還包括統計學習，集成學習等實用方法。如果條件足夠，可以同時學習兩者，一些規律對兩者是共通的。學習完后，你已經具備了較強的知識儲備，可以進入較難的實戰。這時候有兩個選擇，工業界的可以選擇看開源項目，以改代碼為目的來讀代碼；學術界的可以看特定領域的論文，為解決問題而想發論文。無論哪者，都需要知識過硬，以及較強的編碼能力，因此很能考察和鍛煉水平。經過這個階段以后，可以說是踏入AI領域的門了。“師傅領進門，修行在個人”。之后的路就要自己走了。

下面是關于每個階段的具體介紹：

0.領域了解

在學習任何一門知識之前，首先第一步就是了解這個知識是什么？它能做什么事？它的價值在什么地方？如果不理解這些的話，那么學習本身就是一個沒有方向的舟，不知道駛向何處，也極易有沉船的風險。了解這些問題后，你才能培養出興趣，興趣是最好的引路人，學習的動力與持久力才能讓你應付接下來的若干個階段。關于機器學習是什么，能做什么，它與深度學習以及人工智能的關系，可以看我寫的博客 從機器學習談起：

1.知識準備

如果你離校過久，或者覺得基礎不牢，最好事先做一下準備復習工作。“工欲善其事，必先利其器”。以下的準備工作不多，但足以應付后面階段的學習。

數學：復習以下基本知識。線性代數：矩陣乘法；高數：求導；概率論：條件與后驗概率。其他的一些知識可以在后面的學習的過程中按需再補；

英文：常備一個在線英文詞典，例如愛詞霸，能夠不吃力的看一些英文的資料網頁；

FQ：可以隨時隨地上Google，這是一個很重要的工具。不是說百度查的不能看，而是很多情況下Google搜出來的資料比百度搜的幾十頁的資料還管用，尤其是在查英文關鍵字時。節省時間可是很重要的學習效率提升；

2.機器學習

機器學習的第一門課程首推Andrew Ng的機器學習。這門課程有以下特點：難度適中，同時有足夠的實戰例子，非常適合第一次學習的人。cs229 這門課程我這里不推薦，為什么，原因有以下：

時間：cs229 的時間太早，一些知識已經跟不上當今的發展，目前最為火熱的神經網絡一筆帶過。而Cousera上神經網絡可是用了兩個課時去講的！而且非常詳細；

教學：Ng在cs229 時候的教學稍顯青澀，可能是面對網絡教學的原因。有很多問題其實他都沒有講清楚，而且下面的人的提問其實也很煩躁，你往往不關心那些人的問題。這點在Coursera上就明顯得到了改善，你會發現Ng的教學水平大幅度改善了，他會對你循循善誘，推心置腹，由淺入深的教學，在碰到你不明白的單詞術語時也會叫你不要擔心，更重要的，推導與圖表不要太完善，非常細致清晰，這點真是強力推薦；

字幕：cs229 的字幕質量比Coursera上的差了一截。Coursera上中文字幕翻譯經過了多人把關，質量很有保證；

作業：cs229 沒有作業，雖然你可以做一些，但不會有人看。這點遠不如Coursera上每周有deadline的那種作業，而且每期作業提交上去都有打分。更重要的是，每期作業都有實際的例子，讓你手把手練習，而且能看到自己的成果，成就感滿滿！

3.實踐做項目

學習完了基礎課程，你對機器學習就有了初步了解。現在使用它們是沒有問題的，你可以把機器學習算法當作黑盒子，放進去數據，就會有結果。在實戰中你更需要去關心如何獲取數據，以及怎么調參等。如果有時間，自己動手做一個簡單的實踐項目是最好的。這里需要選擇一個應用方向，是圖像（計算機視覺），音頻（語音識別），還是文本（自然語言處理）。這里推薦選擇圖像領域，這里面的開源項目較多，入門也較簡單，可以使用OpenCV做開發，里面已經實現好了神經網絡，SVM等機器學習算法。項目做好后，可以開源到到 Github 上面，然后不斷完善它。實戰項目做完后，你可以繼續進一步深入學習，這時候有兩個選擇，深度學習和繼續機器學習；

4.深度學習

深度學習：深度學習是目前最火熱的研究方向。有以下特點：知識更新快，較為零碎，沒有系統講解的書。因此學習的資源也相對零散，下面是一些資源介紹。其中不推薦的部分并不代表不好，而是在這個初學階段不合適：

推薦，UFLDL： 非常好的DL基礎教程，也是Andrew Ng寫的。有很詳盡的推導，有翻譯，且翻譯質量很高；

推薦，Deep learning （paper）：2015年Nature上的論文，由三位深度學習界的大牛所寫，讀完全篇論文，給人高屋建瓴，一覽眾山小的感覺，強烈推薦。如果只能讀一篇論文了解深度學習，我推薦此篇。這篇論文有同名的中文翻譯；

推薦，Neural networks and deep learning：這本書的作者非常擅長以淺顯的語言表達深刻的道理，雖然沒有翻譯，但是閱讀并不困難；

推薦，Recurrent Neural Networks： 結合一個實際案例告訴你RNN是什么，整篇教程學完以后，會讓你對RNN如何產生作用的有很清晰的認識，而這個效果，甚至是讀幾篇相關論文所沒有的；

不推薦，Neural Networks for Machine Learning - University of Toronto | Coursera：深度學習創始人教的課，最大的問題是太難，而且老先生的吐字有時不是很標準；

不推薦，Deep Learning （book）：同樣也是由深度學習大牛所寫的書，但感覺就像是第二作者，也就是他的學生所寫的。很多內容都講了，但是感覺也沒講出什么內容來，只是告訴你來自那篇論文，這樣的話可能直接閱讀論文更合適。

不推薦，cs231n：李菲菲的課程，很有名，專門講CNN。但是這門課程有一個最大的問題，就是沒有字幕，雖然有youtube的自動翻譯字幕，但有還不如沒有。

5.繼續機器學習

深度學習未必就是未來的一定主流，至少一些大牛是這么認為的。傳統的機器學習有如下特點，知識系統化，有相對經典的書。其中統計學習（代表SVM）與集成學習（代表adaboost）是在實踐中使用非常多的技術。下面是相關資源：

推薦，機器學習（周志華）：如果是在以前，機器學習方面的經典教材首推PRML，但現在周老師的書出來以后，就不再是這樣了。首先推薦讀周老師的書。這本書有一個特點，那就是再難的道理也能用淺顯精煉的語言表達出來。正如周老師的名言：“體現你水平的地方是把難的東西講容易了，而不是把容易的東西講難，想把一個東西講難實在太簡單”；

不推薦，Pattern Recognition And Machine Learning：當前階段不推薦。PRML是以貝葉斯的觀點看待很多機器學習方法，這也是它的一大特色。但對于初學者來說，這種觀點其實并無必要。而且此書沒有中文翻譯，當前階段硬啃很容易放棄；

6.開源項目

當知識儲備較為充足時，學習可以再次轉入實踐階段。這時候的實踐仍然可以分兩步走，學習經典的開源項目或者發表高質量的論文。開源項目的學習應該以盡量以優化為目的，單純為讀代碼而學習效果往往不太好。好的開源項目都可以在Github 里搜索。這里以深度學習為例。深度學習的開源優秀庫有很多，例如torch，theano等等，這里列舉其中的兩個：

推薦，DeepLearnToolbox：較早的一個深度學習庫，用matlab語言撰寫，較為適合從剛學習的課程轉入學習。遺憾的是作者不再維護它了；

推薦，tensorflow：Google的開源庫，時至今日，已經有40000多個star，非常驚人，支持移動設備；

7.會議論文

較好的課程都會推薦你一些論文。一些著名的技術與方法往往誕生于一些重要的會議。因此，看往年的會議論文是深入學習的方法。在這時，一些論文中的內容會驅使你學習數學中你不擅長的部分。有時候你會覺得數學知識儲備不夠，因此往往需要學習一些輔助課程。當你看完足夠的論文以后，在這個階段，如果是在校學生，可以選擇某個課題，以發論文為目的來學習研究。一般來說，論文是工作的產物。有時候一篇基于實驗的論文往往需要你寫代碼或者基于開源項目。因此開源項目的學習與會議論文的工作兩者之間是有相關的。兩者可以同時進行學習。關于在哪里看論文，可以看一下CCF推薦排名，了解一下這個領域里有哪些優秀的會議。下面介紹兩個圖像與機器學習領域的著名頂級會議：

CVPR：與另兩個會議ICCV和ECCV合稱計算機視覺領域的三大會，注意會議每年的主頁是變動的，因此搜索需要加上年份；

Conference on Neural Information Processing Systems：簡稱NIPS，許多重要的工作發表在這上面，例如關于CNN的一篇重要論文就是發表在上面；

8.自由學習

自由學習：到這里了，可以說是進入這個門了。下面可以依據興趣來自由學習。前階段不推薦的學習資源也可隨意學習，下面是點評：

cs229 ：Ng寫的講義很不錯，其中關于SVM的推導部分很清晰，想學習SVM推薦；

Neural Networks for Machine Learning：大牛的視角跟人就是不一樣，看看Hinton對神經網絡是怎么看的，往往會讓你有種原來如此的感悟。其實看這門課程也等同于讀論文，因為幾乎每節課的參考資料里都有論文要你讀；

CS231n： Convolutional Neural Networks for Visual Recognition：最新的知識，還有詳細的作業。國內應該有團隊對字幕進行了翻譯，可以找找；

PRML：作為一門經典的機器學習書籍，是很有閱讀必要的，會讓你對機器學習擁有一個其他的觀察視角；

五。 總結

本文的目的是幫助對AI領域了解不深，但又想進入的同學踏入這個門。這里只說踏入，是因為這個領域的專精實在非常困難，需要數年的積累與努力。在進行領域學習前，充分認識自己的特點，制定合適的學習方法是十分重要的。首先得對這個領域進行充分了解，培養興趣。在學習時，保持著循序漸進的學習方針，不要猛進的學習過難資源；結合著學習與實踐相輔的策略，不要只讀只看，實際動手才有成就感。學習某個資源時要有充分的目的，不是為了學開源項目而看代碼，而是為了寫開源項目而看；不是為了發論文而寫論文，而是為了做事情而寫論文。如果一個學習資源對你過難，并不代表一定是你的問題，可能是學習資源的演講或撰寫人的問題。能把難的問題講簡單的人才是真正有水平的人。所以，一定要學習優質資源，而不是不分青紅皂白的學習。最后，牢記以興趣來學習。學習的時間很長，過程也很艱難，而只有興趣才是讓你持之以恒，攻克難關的最佳助力。