机器学习（Machine learning）是关于计算机系统执行特定任务的算法和统计模型的科学研究，它不使用明确的指令，而是依靠模式和推理来完成任务。（Wikipedia）
机器学习被认为是人工智能（Artificial Intelligence）的子集，机器学习中的无监督式的探索性数据分析也被称为数据挖掘（Data mining）。
机器学习的用途分为两种：分类（classification）和预测（prediction），这里的“预测（prediction）”容易引起误解，因为机器学习的工作本来就是在做预测（做分类也是在做预测），这里的“预测（prediction）“和分类相对应，两者可以认为是分别对连续变量和分类变量进行预测。也就是说，分类是预测分类变量的分类（是否垃圾邮件，是否购买），而“预测（prediction）”是预测出一个连续变量的具体值（身高、体重等）。
预测型与分类型机器学习的例子
机器学习中使用的统计模型有人工神经网络Artificial neural networks、决策树Decision trees、支持向量机Support vector machines、回归分析Regression analysis、贝叶斯推断Bayesian networks、遗传算法Genetic algorithms。
决策树（decision tree）就是典型的分类机器算法，如下就是一个决策树的样式：它是一个树状结构，根节点和中间节点是问题，左分支代表答案为“是”，右分支代表答案为“否”。末节点是决策树的结果：喜欢StatQuest、不喜欢StatQuest :( 。也就是说这个决策树是为了预测一个人是否喜欢StatQuest。
如果对于三个人获取如下信息，那么对于第一人，喜欢Silly Songs，然后进入左侧分支，不喜欢Machine Learning，再进入右侧分支，喜欢Statistics，进入左侧分支，于是预测此人喜欢StatQuest。对第二人和第三人的预测结果也都是喜欢StatQuest，其中第三人只需要问完Machine Learning即可得出分类结果。
线性回归是一种经典的预测型机器学习算法，（回归也可以解决响应变量是分类变量的问题：如Logistics回归）。如下图，可以获得Speed和Yam食用量之间的线性预测结果，并可据此求出一个人当他的Yam使用量是2.3时的速度是多少。
一个关键的机器学习问题——bias variance tradeoff
对于一个机器学习而言，原始数据至少会分为两种：Training Data用于构建模型和Testing Data用于评价模型的优劣。
仍以上述的线性回归为例，如下图，红色点是建模用的原始数据，蓝色点是测试数据，黑色线为线性回归线，绿色线为一种新拟合的回归线。
结果表明绿色回归线的拟合结果要远远好于黑色的线性回归，因为它的拟合度是100%。但是如果此时使用测试数据去衡量两者的预测效果，可以发现其预测值的偏差要大于线性回归的偏差。
也就是说，并不是模型的拟合度高就一定有优秀的预测能力。
偏差度量了学习算法的期望预测与真实结果的偏离程度，即刻画了算法本身的拟合能力，拟合越差偏差越大。
方差度量了同样大小的训练集的变动所导致的学习性能的变化，即刻画了数据扰动所造成的影响，模型受数据扰动至越差，则方差越大（预测能力也越差）。
黑色回归线的偏差虽然大于绿色回归线，但是其预测能力更好，虽然没有计算方差，但是可以预见的是其方差是比较低的。（bias variance tradeoff中的偏差和方差不同于常规使用的偏差和方差，注意辨别）
为何会有训练集的变动？
实际的机器学习中，会有很多种模型可用，如K近邻算法、支持向量机，到底选择哪一个模型可以通过交叉验证来解决，也就是将可用模型都计算测试一次，哪个优秀就使用哪个模型。
在这个过程中有一个问题，就是哪一部分作为Training Data，哪一部分作为Testing Data，而实际操作时，是将所有的数据拆分方案（如将数据分为4份，Testing Data分别是1、2、3、4份，而剩余为Training Data，则共有4种数据拆分方案）都做一遍，因此也就存在训练集（Training Data）的变动。
参考资料：
StatQuest课程：https://statquest.org/video-index/
文末友情宣传
强烈建议你推荐给身边的博士后以及年轻生物学PI，多一点数据认知，让他们的科研上一个台阶：
每周文献分享
https://www.yuque.com/biotrainee/weeklypaper
肿瘤外显子分析指南
https://www.yuque.com/biotrainee/wes
生物统计从理论到实践
https://www.yuque.com/biotrainee/biosta
