機器學習的基礎概論:Python程式設計我也可以成功做到
作  者╱
張紹勳、張任坊、張博一
出版社別╱
五南
書  系╱
研究&方法
出版日期╱
2026/05/04   (1版 1刷)
  
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I  S  B  N ╱
978-626-442-367-0
書  號╱
1H4F
頁  數╱
432
開  數╱
20K
定  價╱
580
教學資源╱
投影片((外加))


張紹勳
學歷:國立政治大學資訊管理博士
現職:國立彰化師範大學電機與機械科技學系專任教授
經歷:致理技術專任副教授
Email:chess1mail@gmail.com

張任坊
學歷:國立海洋大學商船系
現職:永樂福有限公司負責人

張博一
學歷:國立中央大學通訊工程所
現職:微星科技股份有限公司工程師

第一部分 核心概念與基礎
Chapter01 機器學習概論
1-1 機器學習的起源:定義、歷史、應用領域與重要性
1-2 機器學習與人工智慧、數據科學的關係
1-3 學習前的準備
Chapter02 Python程式語言的安裝與基礎操作
2-1 Python程式語言的安裝
2-2 Jupyter Notebook基礎操作
2-3 Python基礎知識:變數、類型、運算、陣列、流程控制、函式等
2-4 Python的資料處理與視覺化:繪製二維/三維圖形、資料清理與準備
Chapter03 機器學習的類型
Chapter04 機器學習中的數學/統計基礎
4-1 統計與AI關係
4-2 線性代數(矩陣、向量)簡介
4-2-1 向量
4-2-2 矩陣
4-2-3 矩陣的Python程式設計
4-3 微積分(梯度、偏微分、梯度下降)
4-3-1 梯度、偏微分、梯度下降在AI的應用領域
4-3-2 偏微分定義
4-3-3 梯度下降定義
4-4 機率與統計(機率分布、期望值、最大概似估計)
4-4-1 機率在AI的應用領域
4-4-2 機率分布
4-4-3 貝氏定理(Bayes’ theorem)
4-4-4 期望值
4-4-5 最大概似估計

第二部分 數據處理與模型評估
Chapter05 數據處理與準備
5-1 數據清洗、缺失值處理、異常值處理
5-2 數據標準化(Standardization)與正規化(Normalization)
5-3 類別特徵編碼(如One-Hot Encoding)簡介
5-4 模型評估與選擇
5-4-1 訓練集(Training Set)、驗證集(Validation Set)、測試集(Test Set)的劃分
5-4-2 交叉驗證(Cross-Validation)
5-5 分類模型評估指標:準確度、精確度、召回率、F1分數、ROC曲線與AUC
5-5-1 分類模型評估指標:準確度(Accuracy)的Python程式設計
5-5-2 精確度(Precision)的Python程式設計
5-6 線性迴歸的Python程式設計:模型評估指標(如R2或MSE)

第三部分 經典機器學習演算法(傳統ML)
Chapter06 常見機器學習演算法的原理、優缺點與應用
6-1 線性模型簡介
6-1-1 線性迴歸(Linear Regression)簡介
6-1-2 羅吉斯迴歸(Logistic Regression)(用於分類)
6-1-3 Lasso迴歸:特徵選擇與降維(Feature Selection and Dimensionality Reduction)
6-2 決策樹與集成方法(Ensemble Methods)簡介
6-2-1 隨機森林(Random Forest)簡介
6-2-2 支援向量機(Support Vector Machine, SVM)簡介
6-3 近鄰法
6-4 非監督學習的類型
6-4-1 K-均值聚類(K-Means Clustering)簡介
6-4-2 主成分分析(Principal Component Analysis, PCA):降維

第四部分 深度學習的入門:深度學習與神經網路
Chapter07 神經網路的概念
7-1 神經網路之基本概念
7-1-1 感知器(Perceptron)概念
7-1-2 多層感知器(Multi-Layer Perceptron, MLP)簡介
7-1-3 激活函數(Activation Functions)介紹
7-1-4 反向傳播(Backpropagation)簡介
7-1-5 神經元模型
7-1-6 反向傳播(Backpropagation)演算法
7-2 深度學習模型(Deep Learning Model)
7-2-1 深度前饋網路(Deep Feedforward Networks)
7-2-2 卷積神經網路(Convolutional Neural Network, CNN)簡介
7-2-3 遞迴神經網路(RNN):序列建模
7-2-4 訓練深度模型的優化:正規化(Regularization)、優化方法(Optimization)(如梯度下降、Adam)
Chapter08 進階主題與應用
8-1 強化學習(Reinforcement Learning, RL)
8-2 自然語言處理(NLP)
8-2-1 自然語言處理(Natural Language Processing, NLP)簡介
8-2-2 自然語言處理(NLP)如何運作(基本流程)
8-2-3 NLP底層技術
8-3 深度生成模型(Deep Generative Models)
8-4 機器學習的實用方法論:模型驗證與評估、錯誤分析等
8-4-1 機器學習的模型驗證與評估
8-4-2 機器學習的錯誤分析

人工智慧基礎概
論:AI規劃師
我也可以成功做

不用數字的研究
:質性研究的思
辯脈絡
用JASP完成
論文分析與寫作
(完整版)
JASP應用統
計分析進階
量化研究與統計
分析:SPSS
與R資料分析範
例解析
偏最小平方法結
構方程模型:S
martPLS
簡易實務應用


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第一部分 核心概念與基礎
☉機器學習(Machine Learning, ML)基礎知識與準備
  機器學習(ML)是人工智慧(AI)的一個重要分支,它讓電腦系統能夠透過資料分析與模型辨識來自動學習與改進,而不需要被明確地編寫每一步的程式指令。迄今機器學習的應用領域極為廣泛,其重要性在於它能帶來自動化、優化決策與創造新的價值。
  「機器學習」研究的是:如何設計與分析演算法,讓電腦系統能夠從資料中自動「學習」規律,並利用這些規律對未知資料進行預測或決策,而不需要人類明確地輸入程式指令。
  簡單來說,就像學生透過大量的練習與經驗來學習知識一樣,機器學習的模型是透過處理大量的歷史數據來發現模型,然後不斷優化自己,使其預測結果越來越準確。
第一章 機器學習概論
  一個完整的機器學習基礎課程應從概念、數據處理、模型評估開始,然後深入了解幾種經典的監督式與非監督式演算法及Python 程式設計。本書是學習機器學習的起點,故包含必要的工具與數學基礎。
1-1 機器學習的起源:定義、歷史、應用領域與重要性
一、機器學習的定義
  機器學習的核心思想,是讓電腦系統能夠從資料中自動學習規律、持續優化決策或預測,而無需人類給出明確的程式設計指令。
(一) 可以將機器學習想像成一位學生
1. 資料:如同學生的課本與作業。
2. 演算法:如同學生的學習方法與推理邏輯。
3. 模型:是學習過程結束後,學生內化並歸納出的一套知識體系或解題方法。
(二) 核心運作方式
1. 資料輸入:給予模型大量的歷史資料(例如數百萬張照片/影像、感測器大數據、交易紀錄或X光片)。
2. 模型識別:演算法從這些數據中尋找與萃取潛在的模型與數學關聯。
3. 模型訓練與優化:模型根據這些感測器收集的大數據來進行預測。每當預測出錯時,模型會調整其內部的數學參數(權重),不斷從錯誤中學習與改進,直到預測的準確度達到要求。
  總結來說:機器學習讓電腦能夠「從經驗中學習」,並利用這些經驗來對新的數據做出精準的預測或決策。
二、機器學習的歷史
  機器學習的發展與AI歷史緊密相關,經歷了數個關鍵階段:
(一) 早期起源(1950∼1970年)
1. 1950年:艾倫.圖靈(Alan Turing)提出圖靈測試,為機器智慧奠定了理論基礎。
2. 1956 年:達特茅斯會議正式提出「人工智慧」一詞。
3. 1959 年:阿瑟.塞繆爾(Arthur Samuel)首次提出了「機器學習」這個術語。他開發了一個著名的西洋跳棋程式,這個程式能夠透過與自己對弈來學習與改進策略,這被認為是機器學習的早期典範。
  此階段研究主要集中在模型識別與統計學方法。
(二) 第一次與第二次AI寒冬(1970∼1990年)
  由於當時的計算能力與資料量的侷限,早期的AI研究未能達到預期的高目標,導致學術界與工業界對AI失去信心,資金投入跟著減少,進入了所謂的「AI寒冬」。不過,期間也出現了專家系統,這是一種基於明確規則(rule)來解決特定領域問題的系統。
(三) 復甦與崛起(2000年代至今)
  隨著科技的進步,機器學習迎來了爆發性成長:
1. 大數據(Big Data):5G網路、感測器與數位化的普及,使得可供訓練的資料量呈指數級增長。
2. 計算能力提升:圖形處理器(GPU)的發展為複雜的機器學習演算法(會看、會說),特別是深度學習,提供了強大的運算支援。
3. 演算法改進:深度學習(Deep Learning)作為機器學習的一個子集,基於類神經網路的結構,透過多層次的學習,在影像處理、語音與文本等高維度非結構化數據方面,展現出驚人的準確度。
(四) 里程碑事件
1. 2012年:卷積神經網路(CNN)在影像識別大賽(ImageNet)中取得突破性成績,標誌著深度學習時代的正式到來。
2. 2016年:Google的AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍李世乭,展現了強化學習與深度學習結合的強大能力。
  如今,機器學習已成為AI領域的核心,廣泛應用於推薦系統、自動駕駛、無人機、醫療診斷、自然語言處理等各個領域。
三、機器學習的主要應用領域(Applications)
  機器學習的技術已經深入到我們日常生活的方方面面,並在各大產業中發揮著關鍵作用。
四、ML重要性
  機器學習之所以重要,是因為它能處理與分析人類難以應付的巨量數據,並從中萃取有價值的洞察,從而推動各行各業的創新與效率提升。
(一) 提升決策品質與速度
1. 數據驅動決策:機器學習模型能夠快速分析大規模數據集,識別出人類可能忽略的複雜趨勢與模型,讓企業能夠做出更準確、基於事實的決策。
2. 及時反應:在金融交易(股市/匯市)或網路安全等領域,機器學習可以在毫秒間做出決策與反應,這對傳統的人工判斷來說是不可能達成的。
(二) 實現高度自動化
1. 任務效率化:將顧客服務(如ChatGPT、NotebookML、Gemini、Sora AI聊天機器人)、資料處理與品質檢查等重複性或例行性任務自動化〔像自動倉儲(透過控制系統協助,整合儲存、取出、運輸和分揀等步驟,有效提升倉儲作業效率,實現貨物自動存取)〕,降低人力成本並提高營運效率。
2. 持續優化:模型會隨著新數據的流入而不斷自我學習與改進,形成「越用越聰明」的良性循環,持續優化其性能與準確度。模型優化係指通過一系列技術與方法,改進演算法性能,以提高準確性、穩定性和計算效率。核心目標為提升準確率,使模型能更有效地完成預測或分類任務。
(三) 創造新的商業模型與顧客體驗
1. 個人化:機器學習是個人化推薦系統的核心,它能為顧客提供量身定制的產品、內容或服務,極大地提升顧客滿意度與促進銷售。例如推薦系統使用機
器學習與資料篩選技術的AI子集來提供建議。
2. 創新解決方案:促成了自動駕駛(車/船/無人機)、精準醫療等顛覆性技術的實現,解決了過去無法解決的複雜問題,開拓新商機及收入管道。
  總結來說,機器學習是當代數位轉型的基石,它使機器具備了「學習」的能力,成為企業在快速變化的市場中保持競爭力、應對挑戰與開創新局的關鍵工具。