《量子信息理论》这本书基本上是自成体系的,主要关注构成这门学科基础的基本事实的精确数学公式和证明。它是为研究生和研究人员在数学,计算机科学,理论物理学寻求发展一个全面的理解关键结果,证明技术,和方法,与量子信息和计算理论的广泛研究主题相关。本书对基础数学,包括线性代数,数学分析和概率论有一定的理解。第一章总结了这些必要的数学先决条件,并从这个基础开始,这本书包括清晰和完整的证明它提出的所有结果。接下来的每一章都包含了具有挑战性的练习,旨在帮助读者发展自己的技能,发现关于量子信息理论的证明。

这是一本关于量子信息的数学理论的书,专注于定义、定理和证明的正式介绍。它主要是为对量子信息和计算有一定了解的研究生和研究人员准备的,比如将在本科生或研究生的入门课程中涵盖,或在目前存在的关于该主题的几本书中的一本中。量子信息科学近年来有了爆炸性的发展,特别是在过去的二十年里。对这个问题的全面处理,即使局限于理论方面,也肯定需要一系列的书,而不仅仅是一本书。与这一事实相一致的是,本文所涉及的主题的选择并不打算完全代表该主题。量子纠错和容错,量子算法和复杂性理论,量子密码学,和拓扑量子计算是在量子信息科学的理论分支中发现的许多有趣的和基本的主题,在这本书中没有涵盖。然而,当学习这些主题时,人们很可能会遇到本书中讨论的一些核心数学概念。

https://www.cambridge.org/core/books/theory-of-quantum-information/AE4AA5638F808D2CFEB070C55431D897#fndtn-information

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演化、信息和复杂性的数学分析涉及到演化、信息和复杂性的分析。系统或过程的时间演化是科学中的一个中心问题,本文涵盖了广泛的问题,包括扩散过程,神经网络,量子理论和宇宙学。汇集了数学、信息理论、物理和其他科学技术领域的广泛研究,这个新标题提供了对书中涉及的各个研究领域的基本和容易理解的介绍。

我们的书突出了我们学校的一些科学成就,因此有它的名字数学分析的演化,信息和复杂性。为了向读者介绍这门学科,我们从信息理论、神经信息学和数学物理等科学和技术的不同部分及时地介绍了一些基本的、易于理解的主题。书中的每一篇文章都是由一个团队编写的,其中至少代表了两个不同的学科。就这样,数学家和物理学家合作写了一章,物理学家和电气工程师合作,等等。此外,我们还设置了一个规则,即每一个资深科学家都有一个研究生在研究这篇文章。我们希望这一规则能够带来容易理解的贡献。《演化、信息与复杂性的数学分析》不仅代表了我校的规划,成为了本书的标题,也成为了我校组织的指导原则。事实上,我们选择了“演化”、“信息”和“复杂性”这三大支柱作为本书三部分的标题。对于每一个主题,我们都确定了一到两个主题,如表0.1所示。

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这本书的目的是全面概述在算法的数学分析中使用的主要技术。涵盖的材料从经典的数学主题,包括离散数学,基本的真实分析,和组合学,以及从经典的计算机科学主题,包括算法和数据结构。重点是“平均情况”或“概率”分析,但也涵盖了“最坏情况”或“复杂性”分析所需的基本数学工具。我们假设读者对计算机科学和实际分析的基本概念有一定的熟悉。简而言之,读者应该既能写程序,又能证明定理。否则,这本书是自成一体的。

这本书是用来作为算法分析高级课程的教科书。它也可以用于计算机科学家的离散数学课程,因为它涵盖了离散数学的基本技术,以及组合学和重要的离散结构的基本性质,在计算机科学学生熟悉的背景下。传统的做法是在这类课程中有更广泛的覆盖面,但许多教师可能会发现,这里的方法是一种有用的方式,可以让学生参与到大量的材料中。这本书也可以用来向数学和应用数学的学生介绍与算法和数据结构相关的计算机科学原理。

尽管有大量关于算法数学分析的文献,但该领域的学生和研究人员尚未直接获得广泛使用的方法和模型的基本信息。本书旨在解决这种情况,汇集了大量的材料,旨在为读者提供该领域的挑战的欣赏和学习正在开发的先进工具以应对这些挑战所需的背景知识。补充的论文从文献,这本书可以作为基础的介绍性研究生课程的算法分析,或作为一个参考或基础的研究人员在数学或计算机科学谁想要获得这个领域的文献自学。

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大量大维度数据是现代机器学习(ML)的默认设置。标准的ML算法,从支持向量机这样的内核方法和基于图的方法(如PageRank算法)开始,最初的设计是基于小维度的,在处理真实世界的大数据集时,即使不是完全崩溃的话,往往会表现失常。随机矩阵理论最近提出了一系列广泛的工具来帮助理解这种新的维数诅咒,帮助修复或完全重建次优算法,最重要的是提供了处理现代数据挖掘的新方向。本编著的主要目的是提供这些直觉,通过提供一个最近的理论和应用突破的随机矩阵理论到机器学习摘要。针对广泛的受众,从对统计学习感兴趣的本科生到人工智能工程师和研究人员,这本书的数学先决条件是最小的(概率论、线性代数和真实和复杂分析的基础是足够的):与随机矩阵理论和大维度统计的数学文献中的介绍性书籍不同,这里的理论重点仅限于机器学习应用的基本要求。这些应用范围从检测、统计推断和估计,到基于图和核的监督、半监督和非监督分类,以及神经网络: 为此,本文提供了对算法性能的精确理论预测(在不采用随机矩阵分析时往往难以实现)、大维度的洞察力、改进方法,以及对这些方法广泛适用于真实数据的基本论证。该专著中提出的大多数方法、算法和图形都是用MATLAB和Python编写的,读者可以查阅(https://github.com/Zhenyu-LIAO/RMT4ML)。本专著也包含一系列练习两种类型:短的练习与修正附加到书的最后让读者熟悉随机矩阵的基本理论概念和工具分析,以及长期指导练习应用这些工具进一步具体的机器学习应用程序。

https://zhenyu-liao.github.io/book/

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近年来,深度学习已经成为机器学习和计算机视觉、自然语言处理等相关领域的中心范式。但是对这一努力的许多方面的数学理解仍然缺乏。训练何时成功,速度有多快? 用了多少例子? 各种架构的优点和局限性是什么? 本书重点研究深度学习的理论方面。

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这本书调研了大约20世纪90年代末机器学习的许多重要课题。我的意图是在理论和实践之间寻求一个中间桥梁带。笔记集中在机器学习的重要思想上——它既不是一本实践手册,也不是一个理论证明的概要。我的目标是为读者提供充分的准备,使一些关于机器学习的广泛文献易于理解。草稿只有200多页(包括扉页)。

这本书集中在机器学习的重要思想上。对于我所陈述的许多定理,我并没有给出证明,但对于形式的证明,我确实给出了可信的论据和引用。而且,我没有讨论许多在应用中具有实际重要性的问题;这本书不是机器学习实践手册。相反,我的目标是为读者提供充分的准备,使大量关于机器学习的文献易于理解。

学习,就像智力一样,涵盖了如此广泛的过程,很难精确定义。词典的定义包括这样的短语:“通过学习、指导或经验获得知识、或理解、或技能”和“通过经验改变行为倾向”。动物学家和心理学家研究动物和人类的学习。在这本书中,我们关注的是机器学习。动物和机器学习之间有一些相似之处。当然,机器学习的许多技术都来自心理学家的努力,他们通过计算模型使动物和人类学习的理论更加精确。机器学习研究人员正在探索的概念和技术似乎也可能阐明生物学习的某些方面。

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本书是信息论领域中一本简明易懂的教材。主要内容包括:熵、信源、信道容量、率失真、数据压缩与编码理论和复杂度理论等方面的介绍。

本书还对网络信息论和假设检验等进行了介绍,并且以赛马模型为出发点,将对证券市场研究纳入了信息论的框架,从新的视角给投资组合的研究带来了全新的投资理念和研究技巧。

本书适合作为电子工程、统计学以及电信方面的高年级本科生和研究生的信息论基础教程教材,也可供研究人员和专业人士参考。

本书是一本简明易懂的信息论教材。正如爱因斯坦所说:“凡事应该尽可能使其简单到不能再简单为止。''虽然我们没有深人考证过该引语的来源(据说最初是在幸运蛋卷中发现的),但我们自始至终都将这种观点贯穿到本书的写作中。信息论中的确有这样一些关键的思想和技巧,一旦掌握了它们、不仅使信息论的主题简明,而且在处理新问題时提供重要的直觉。本书来自使用了十多年的信息论讲义,原讲义是信息论课程的高年级本科生和一年级研究生两学期用的教材。本书打算作为通信理论.计算机科学和统计学专业学生学习信息论的教材。

信息论中有两个简明要点。第一,熵与互信息这样的特殊量是为了解答基本问题而产生的。例如,熵是随机变量的最小描述复杂度,互信息是度量在噪声背景下的通信速率。另外,我们在以后还会提到,互信息相当于已知边信息条件下财富双倍的增长。第二,回答信息理论问邀的答案具有自然的代数结构。例如,熵具有链式法则,因而,谪和互信息也是相关的。因此,数据压缩和通信中的问题得到广泛的解释。我们都有这样的感受,当研究某个问题时,往往历经大量的代数运算推理得到了结果,但此时没有真正了解问题的全莪,最终是通过反复观察结果,才对整个问题有完整、明确的认识。所以,对一个问题的全面理解,不是靠推理,而是靠对结果的观察。要更具体地说明这一点,物理学中的牛顿三大定律和薛定谔波动方程也许是最合适的例子。谁曾预见过薛定谔波动方程后来会有如此令人敬畏的哲学解释呢?

在本书中,我们常会在着眼于问题之前,先了解一下答案的性质。比如第2章中,我们定义熵、相对熵和互信息,研究它们之间的关系,再对这些关系作一点解释·由此揭示如何融会贯通地使用各式各样的方法解决实际问题。同理,我们顺便探讨热力学第二定律的含义。熵总是增加吗?答案既肯定也否定。这种结果会令专家感兴趣,但初学者或i午认为这是必然的而不会深人考虑。

在实际教学中.教师往往会加人一自己的见解。事实上,寻找无人知道的证明或者有所创新的结果是一件很愉快的事情。如果有人将新的思想和已经证明的内容在课堂上讲解给学生,那么不仅学生会积极反馈“对,对,对六而且会大大地提升教授该课程的乐崆我们正是这样从研究本教材的许多新想法中获得乐趣的。

本书加人的新素材实例包括信息论与博弈之间的关系,马尔可夫链背景下热力学第二定律的普遍性问题,信道容量定理的联合典型性证明,赫夫曼码的竞争最优性,以及关于最大熵谱密度估计的伯格(回定理的证明。科尔莫戈罗夫复杂度这一章也是本书的独到之处。面将费希尔信息,互信息、中心极限定理以及布伦一闵可夫斯基不等式与熵幂不等式联系在一起,也是我们引以为豪之处。令我们感到惊讶的是.关于行列式不等式的许多经典结论,当利用信息论不等式后会很容易得到证明。

自从香农的奠基性论文面世以来,尽管信息论已有了相当大的发展,但我们还是要努力强调它的连贯性。虽然香农创立信息论时受到通信理论中的问题启发,然而我们认为信息论是一门独立的学科,可应用于通信理论和统计学中。我们将信息论作为一个学科领域从通信理论、概率论和统计学的背景中独立出来因为明显不可能从这些学科中获得难以理解的信息概念。由于本书中绝大多数结论以定理和证明的形式给出,所以,我们期望通过对这些定理的巧妙证明能说明这些结论的完美性。一般来讲,我们在介绍问题之前先描述回题的解的性质,而这些很有的性质会使接下来的证明顺理成章。

使用不等式串、中间不加任何文字、最后直接加以解释,是我们在表述方式上的一项创新希望读者学习我们所给的证明过程达到一定数量时,在没有任何解释的情况下就能理解其中的大部分步,并自己给出所需的解释这些不等式串好比模拟到试题,读者可以通过它们确认自己是否已掌握证明那些重要定理的必备知识。这些证明过程的自然流程是如此引人注目,以至于导致我们轻视了写作技巧中的某条重要原则。由于没有多余的话,因而突出了思路的逻辑性与主題思想u我们希望当读者阅读完本书后,能够与我们共同分亨我们所推崇的,具有优美、简洁和自然风格的信息论。

本书广泛使用弱的典型序列的方法,此概念可以追溯到香农1948年的创造性工作,而它真正得到发展是在20世纪70年代初期。其中的主要思想就是所谓的渐近均分性(AEP),或许可以粗略地说成“几乎一切事情都是等可能的"

第2章阐述了熵、相对熵和互信息之同的基本代数关系。渐近均分性是第3章重中之重的内容,这也使我们将随机过程和数据压缩的熵率分别放在第4章和第5章中论述。第6章介绍博弈,研究了数据压缩的对偶性和财富的增长率。可作为对信息论进行理性思考基础的科尔莫戈罗夫复杂度,拥有着巨大的成果,放在第14章中论述。我们的目标是寻找一个通用的最矩描述,而不是平均意义下的次佳描述。的确存在这样的普遍性概念用来刻画一个对象的复杂度。该章也论述了神奇数0,揭示数学上的不少奥秘,是图灵机停止运转概率的推广。第7章论述信道容量定理。第8章叙述微分熵的必需知识,它们是将早期容量定理推广到连续噪声信道的基础。基本的高斯信道容量问题在第9章中论述。第il章阐述信息论和统计学之间的关系,20世纪年代初期库尔贝克首次对此进行了研究,此后相对被忽视。由于率失真理论比无噪声数据压缩理论需要更多的背景知识,因而将其放置在正文中比较靠后的第10章。

网络信息理论是个大的主题,安排在第巧章,主要研究的是噪声和干扰存在情形下的同时可达的信息流。有许多新的思想在网络信息理论中开始活跃起来,其主要新要素有干扰和反馈第16章讲述股票市场,这是第6章所讨论的博弈的推广,也再次表明了信息论和博弈之间的紧密联系。第17章讲述信息论中的不等式,我们借此一隅把散布于全书中的有趣不等式重新收拢在一个新的框架中,再加上一些关于随机抽取子集熵率的有趣新不等式。集合和的体积的布伦一闵可夫斯基不等式,独立随机变量之和的有效方差的熵幂不等式以及费希尔信息不等式之间的美妙关系也将在此章中得到详尽的阐述。

本书力求推理严密,因此对数学的要求相当高·要求读者至少学过一学期的概率论课程且有扎实的数学背景,大致为本科高年级或研究生一年级水平。尽管如此,我们还是努力避免使用测度论。因为了解它只对第16章中的遍历过程的AEP的证明过程起到简化作用。这符合我们的观点,那就是信息论基础与技巧不同,后者才需要将所有推广都写进去。

本书的主体是第2,3,4,5,7,8,9,10,11和巧章,它们自成体系,读懂了它们就可以对信息论有很好的理解。但在我们看来,第14章的科尔莫戈罗夫复杂度是深人理解信息论所需的必备知识。余下的几章,从博弈到不等式.目的是使主题更加连贯和完美。

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机器学习使用各种数学领域的工具。本文试图对机器学习入门课程所需的数学背景进行总结,这门课在加州大学伯克利分校被称为CS 189/289A。我们假设读者已经熟悉多变量微积分和线性代数的基本概念(UCB数学53/54的水平)。这里介绍的大多数主题都很少涉及; 我们打算给出一个概述,并向感兴趣的读者指出更全面的处理以获得进一步的细节。请注意,本文关注的是机器学习的数学背景,而不是机器学习本身。我们将不讨论具体的机器学习模型或算法,除非可能通过强调数学概念的相关性。该文件的早期版本不包括校样。我们已开始在有助于理解的相当短的证明里加上证明。这些证明不是cs189的必要背景,但可以用来加深读者的理解。

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当看到这些材料时,一个明显的问题可能会出现:“为什么还要写一本深度学习和自然语言处理的书呢?”一些优秀的论文已经出版,涵盖了深度学习的理论和实践方面,以及它在语言处理中的应用。然而,从我教授自然语言处理课程的经验来看,我认为,尽管这些书的质量非常好,但大多数都不是针对最有可能的读者。本书的目标读者是那些在机器学习和自然语言处理之外的领域有经验的人,并且他们的工作至少部分地依赖于对大量数据,特别是文本数据的自动化分析。这些专家可能包括社会科学家、政治科学家、生物医学科学家,甚至是对机器学习接触有限的计算机科学家和计算语言学家。

现有的深度学习和自然语言处理书籍通常分为两大阵营。第一个阵营专注于深度学习的理论基础。这对前面提到的读者肯定是有用的,因为在使用工具之前应该了解它的理论方面。然而,这些书倾向于假设一个典型的机器学习研究者的背景,因此,我经常看到没有这种背景的学生很快就迷失在这样的材料中。为了缓解这个问题,目前存在的第二种类型的书集中在机器学习从业者;也就是说,如何使用深度学习软件,而很少关注理论方面。我认为,关注实际方面同样是必要的,但还不够。考虑到深度学习框架和库已经变得相当复杂,由于理论上的误解而滥用它们的可能性很高。这个问题在我的课程中也很常见。

因此,本书旨在为自然语言处理的深度学习搭建理论和实践的桥梁。我涵盖了必要的理论背景,并假设读者有最少的机器学习背景。我的目标是让任何上过线性代数和微积分课程的人都能跟上理论材料。为了解决实际问题,本书包含了用于讨论的较简单算法的伪代码,以及用于较复杂体系结构的实际Python代码。任何上过Python编程课程的人都应该能够理解这些代码。读完这本书后,我希望读者能有必要的基础,立即开始构建真实世界的、实用的自然语言处理系统,并通过阅读有关这些主题的研究出版物来扩展他们的知识。

http://clulab.cs.arizona.edu/gentlenlp/gentlenlp-book-05172020.pdf

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在复杂的以人为中心的系统中,每天的决策都具有决策相关信息不完全的特点。现有决策理论的主要问题是,它们没有能力处理概率和事件不精确的情况。在这本书中,我们描述了一个新的理论的决策与不完全的信息。其目的是将决策分析和经济行为的基础从领域二价逻辑转向领域模糊逻辑和Z约束,从行为决策的外部建模转向组合状态的框架。

这本书将有助于在模糊逻辑,决策科学,人工智能,数学经济学,和计算经济学的专业人员,学者,经理和研究生。

读者:专业人士,学者,管理者和研究生在模糊逻辑,决策科学,人工智能,数学经济学,和计算经济学。

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本备忘单是机器学习手册的浓缩版,包含了许多关于机器学习的经典方程和图表,旨在帮助您快速回忆起机器学习中的知识和思想。

这个备忘单有两个显著的优点:

  1. 清晰的符号。数学公式使用了许多令人困惑的符号。例如,X可以是一个集合,一个随机变量,或者一个矩阵。这是非常混乱的,使读者很难理解数学公式的意义。本备忘单试图规范符号的使用,所有符号都有明确的预先定义,请参见小节。

  2. 更少的思维跳跃。在许多机器学习的书籍中,作者省略了数学证明过程中的一些中间步骤,这可能会节省一些空间,但是会给读者理解这个公式带来困难,读者会在中间迷失。

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