下一个DeepSeek在哪里?详解成为数据科学专家的三大基础技能

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首先祝所有的朋友们新年愉快,吉祥如意!
新年钟声即将敲响,你是否又开始为自己立下新的目标? 这两天,AI领域新星DeepSeek的爆火刷屏全球,其背后强大的AI算法创新,再次印证了数据科学正在重塑未来世界的竞争逻辑。无论是神经网络模型的迭代,还是行业数字化变革的浪潮,数据科学将成为未来绝对的硬核生存技能

数据科学是一个跨学科的领域,它需要结合多种技术与工具,以从数据中发现规律、生成智能、提取价值,并最终应用到我们的生活、工作与企业运营,当下火热的大模型与生成式AI的创新是其中重要的应用领域之一。
那么,如何才能开启你的数据科学之旅呢?

破除误解,明晰方向



在踏入数据科学领域前,我们需先破除两大常见误解,避免走弯路。
  • 数据科学不是数学,可以速成?
    一些不负责任的线上课程通常宣称几天培训就能培养出数据科学专家,这类课程往往着重机器学习主题与简单编码教程,却忽视数学原理,把导入的库或者LLM当黑盒子使用,但这种缺乏对背后数学原理了解的简单应用并非真正的数据科学。
  • 数据科学等同于LLM或生成式AI?
    尽管生成式AI是数据科学领域时下最火的技术热点,但数据科学的范畴远不止于此。LLM固然是重大突破,但无法解决所有学术、研究或商业问题。数据科学涵盖多种工具与算法,LLM只是其中之一,不能以偏概全定义整个数据科学技能体系。

成为一名数据科学专家,以下是必备的三大基础技能:数学、机器学习、编码

数学:筑牢数据科学基石

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数学,无疑是数据科学这座大厦的坚实基石,对于立志成为数据科学专家的你而言,其重要性不言而喻。如果你过不了数学这一关,你很难跨入真正的数据科学之门。

线性代数
线性代数主要研究向量、矩阵以及线性变换,为处理高维数据提供了不可或缺的数学框架。可以说,线性代数是学习现代AI技术必备的数学知识。

1. 高维数据表示与存储:

线性代数通过向量和矩阵的形式,帮助我们表示和存储大规模数据,使得数据能够在计算机中高效处理(还记得吗?神经网络只“认识”数字)。

2. 数据转换与优化:

利用线性变换、行列式、正交性和秩等概念,可以对数据进行转换、投影和优化。这些技术能够帮助我们从复杂的数据中提取有用的特征。

3. 降维技术:

降维方法如主成分分析(PCA)依赖于奇异值分解(SVD)等线性代数工具,能够将高维数据转化为低维的有意义表示,从而减少计算复杂度并提高分析效率。

4. 神经网络与大语言模型(LLM):

许多机器学习算法的核心,特别是神经网络和大语言模型,依赖于高效的矩阵运算(如矩阵乘法)来处理大量的训练和推理计算需求。

概率与统计
概率理论用于量化事件发生的可能性,而统计则专注于数据的收集、分析与解读,二者在数据科学的舞台上扮演着举足轻重的角色。以医学研究为例,在通过分析患者数据来预测疾病发生概率的过程中,概率与统计知识就发挥着关键作用。

1. 基本统计量:

  • 平均值、中位数、众数:帮助我们理解数据的集中趋势

  • 方差、标准差:衡量数据的波动性和分散程度

  • 分位数:帮助描述数据的分布情况,尤其是中位数、四分位数等

2. 统计概念:

  • 方差、协方差和相关性:用于分析特征之间的关系

3. 概率基础:

  • 概率公理、概率密度函数、概率分布函数:是理解概率的基本框

  • 随机变量:包括连续和离散随机变量,帮助我们描述数据的随机性

  • 贝叶斯定理、期望、方差、联合分布和条件概率:是深入理解概率模型的关键

4. 常见概率分布:

  • 高斯(正态)、几何、伯努利、二项式等分布,能够帮助我们更好地假设数据的分布特点

5. A/B 测试:

  • 在产品数据科学中,A/B 测试常用于比较不同方案的效果。了解如何使用统计检验(如 z 检验和卡方检验)进行假设检验,有助于做出更科学的决策。

微积分
微积分在机器学习领域中扮演着至关重要的角色,特别是微分学中的梯度计算,对于优化模型参数起着决定性作用。例如,在训练神经网络时,梯度下降算法正是借助微积分的原理,巧妙地调整参数,使得模型的预测误差降至最低。

机器学习基础:开启智能之门

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机器学习以数学原理为坚实支撑,主要涵盖监督学习、无监督学习、自监督学习和强化学习等多种类型,并依据任务性质细分为分类、回归和聚类等。

特征工程与数据预处理
这一环节虽然看似平凡,却是模型能否成功的关键所在。以预测客户购买行为为例,我们需要对客户的年龄、购买历史等诸多数据进行合理划分、精心选择特征并妥善处理,确保模型能够学习到真正有价值的信息,而不是被噪声干扰。
模型的训练与优化
借助概率和统计知识来定义模型损失函数,然后利用梯度下降等算法对模型参数进行优化。就像在一个房价预测模型的训练过程中,通过不断地调整参数,让预测值与实际房价之间的误差逐渐缩小,从而使模型更加精准。而在一个语言模型LLM训练中,则通过不断的权重调整,让其具备更符合人类语言输出习惯的能力。

LLM内部原理入门可参考我们的系列文章(更新中):

中学生就能看懂:从零开始理解LLM内部原理【一】

中学生就能看懂:从零开始理解LLM内部原理【二】|神经网络如何被训练?

中学生就能看懂:从零开始理解LLM内部原理【三】|神经网络如何生成语言?

中学生就能看懂:从零开始理解LLM内部原理【四】|为什么需要嵌入?

过拟合与欠拟合
这是模型训练过程中经常遭遇的难题。过拟合会导致模型对训练数据过度依赖,在新数据面前表现不佳;而欠拟合则使得模型无法准确捕捉数据的内在规律。作为数据科学的追求者,你需要通过巧妙调整超参数、合理应用正则化等策略,精准平衡偏差与方差,显著提升模型的泛化能力。
评估指标
根据不同的问题场景,选择恰当的评估指标至关重要。比如在分类问题中,我们通常会关注准确率、召回率等指标;而在回归问题里,均方误差则是衡量模型性能的重要依据。

编码:赋予数据科学实践之力

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编码能力,是数据科学家将理论知识转化为实际应用的关键桥梁。

Python
Python凭借其简洁易用的特性以及丰富多样的库,成为数据科学领域当之无愧的首选语言。首先,你要熟练掌握基本数据结构以及面向对象编程的核心概念,而了解高级数据结构与算法分析(树、图、遍历、时间/空间复杂度分析等),则能让你的代码效率更上一层楼。然后,你需要熟悉一系列著名数据科学相关的库:
  • NumPy库为高效的向量与矩阵运算提供支持
  • Pandas/PySpark则在数据处理方面发挥着核心作用
  • Scikit - learn可用于实现机器学习算法
  • PyTorch助力深度学习模型的搭建
  • Matplotlib则能帮助你实现精美的数据可视化

SQL
SQL是处理关系型数据库的必备利器。在企业的数据处理流程中,SQL承担着从数据库中精准提取、灵活操作与高效查询数据的重任。作为数据科学的从业者,你需要熟练掌握基本的查询语句,以及连接、聚合等常用操作。此外,借助PySpark,你可以在Python环境中便捷地实现SQL操作。
实践提升
记住,严格的练习是编码能力提升的关键。比如:
  • 通过LeetCode、GeeksForGeeks等平台进行大量的Python练习
  • 利用SQLZOO和w3schools学习SQL知识
  • 练习将机器学习与编码技能紧密结合,解决实际问题。亲手实现机器学习算法,能够让你更加深入地理解算法原理,提升自己的实践能力
上面介绍了成为数据科学家所需的核心技能。记住:每一位专家都曾是从零开始的初学者。成功的关键在于从小做起,一步一个脚印,逐渐积累知识。在这个过程中,绝不要跳过任何基础,尤其是数学知识,它是你日后应用的基石。不要急于求成,保持耐心,专注于真正理解每一个概念。始终从第一原则出发,打好基础,随着时间的推移,你会发现自己不断进步。

只要保持正确的心态,循序渐进地学习,你一定能够在数据科学的道路上脱颖而出。

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