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不交學(xué)費(fèi)也能成為數(shù)據(jù)科學(xué)家，這里有一條免費(fèi)學(xué)習(xí)路徑

 長(zhǎng)沙7喜 2019-10-20

作者：Rebecca Vickery

機(jī)器之心編譯

參與：魔王

如何通過免費(fèi)方式學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)科學(xué)？數(shù)據(jù)科學(xué)家 Rebecca Vickery 從技術(shù)能力、理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)三個(gè)方面入手介紹了自己的經(jīng)驗(yàn)。
在傳統(tǒng)教育機(jī)構(gòu)中讀碩士學(xué)位的平均成本差不多在 3 萬(wàn)到 12 萬(wàn)美元之間。在線數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)位課程也不便宜，最低成本為 9000 美元。如果你想學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)，但支付不起這筆費(fèi)用，應(yīng)該怎么辦呢？
我在成為數(shù)據(jù)科學(xué)家之前沒有經(jīng)歷過任何正式的專業(yè)教育。本文將分享我的個(gè)人課程表，無(wú)需支付數(shù)千美元也能學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)科學(xué)。
該課程包含 3 個(gè)主要部分：技術(shù)能力、理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。文中包含該學(xué)習(xí)路徑中每個(gè)元素的免費(fèi)資源鏈接，以及一些「低成本」資源的鏈接。如果你想花一點(diǎn)錢加速學(xué)習(xí)過程，你可以把這些資源添加到課程中。本文會(huì)說(shuō)明每項(xiàng)資源的預(yù)計(jì)成本。
技術(shù)能力
本課程的第一部分為技術(shù)能力。推薦大家先學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，這樣你就可以采取實(shí)踐優(yōu)先的學(xué)習(xí)方式，而不是以數(shù)學(xué)理論為先。目前，Python 是數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域使用最廣泛的編程語(yǔ)言。根據(jù) Kaggle 2018 機(jī)器學(xué)習(xí)及數(shù)據(jù)科學(xué)調(diào)查報(bào)告，83% 的受訪者在日常工作中使用 Python。因此，我推薦大家學(xué)習(xí) Python 語(yǔ)言，同時(shí)也推薦大家花一點(diǎn)時(shí)間學(xué)習(xí)其他語(yǔ)言，比如 R 語(yǔ)言。
Python 基礎(chǔ)
使用 Python 執(zhí)行數(shù)據(jù)科學(xué)任務(wù)之前，你需要先掌握 Python 背后的基礎(chǔ)知識(shí)。你需要一門 Python 入門課程。網(wǎng)上有很多免費(fèi)教程，我最喜歡的是 Codeacademy 的教程，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S在瀏覽器內(nèi)進(jìn)行動(dòng)手編程實(shí)踐。
我推薦大家學(xué)習(xí)這個(gè) Python 入門課程，該課程涵蓋 Python 基礎(chǔ)語(yǔ)法、函數(shù)、控制流、循環(huán)、模塊和類。
課程地址：https://www./learn/learn-python
使用 Python 做數(shù)據(jù)分析
接下來(lái)，你需要充分了解如何使用 Python 做數(shù)據(jù)分析，這方面有很多不錯(cuò)的資源。
首先，我推薦大家至少學(xué)完 上數(shù)據(jù)分析師學(xué)習(xí)路徑的免費(fèi)部分。Dataquest 提供完整的數(shù)據(jù)分析師、數(shù)據(jù)科學(xué)家和數(shù)據(jù)工程師學(xué)習(xí)路徑。其中大量?jī)?nèi)容，尤其是數(shù)據(jù)分析師學(xué)習(xí)路徑的內(nèi)容可以免費(fèi)獲取。如果你資金充足，我強(qiáng)烈建議你付費(fèi)訂閱并學(xué)習(xí)這些內(nèi)容。我學(xué)了這個(gè)課程，從中了解到數(shù)據(jù)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。數(shù)據(jù)科學(xué)家路徑課程花費(fèi)了我 6 個(gè)月時(shí)間。每個(gè)月的價(jià)格從 24.5 美元到 49 美元不等，這取決于你是否購(gòu)買年費(fèi)會(huì)員。資金充足的話，購(gòu)買年費(fèi)會(huì)員更劃算（https://www./subscribe/）。

Dataquest 平臺(tái)（https://app./dashboard）
使用 Python 做機(jī)器學(xué)習(xí)
如果你已經(jīng)學(xué)完了 Dataquest 上的數(shù)據(jù)科學(xué)課程，那么你應(yīng)該對(duì)使用 Python 執(zhí)行機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)有了充分了解。如果還沒有，這方面也有很多免費(fèi)資源。我推薦首先從 scikit-learn 開始學(xué)起，因?yàn)?scikit-learn 是目前最常用的機(jī)器學(xué)習(xí) Python 庫(kù)。
我很幸運(yùn)，在學(xué)習(xí)過程中參加了 scikit-learn 核心開發(fā)者之一 Andreas Mueller 舉辦的為期兩天的 workshop。他發(fā)布了該課程的所有材料，包含幻燈片、課程筆記和 notebook。推薦大家先學(xué)習(xí)這份資料。
課程資料地址：https://github.com/amueller
接下來(lái)，我推薦大家學(xué)習(xí) scikit-learn 官方文檔中的一些教程。之后，大家就可以構(gòu)建一些實(shí)際機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，學(xué)習(xí)模型運(yùn)行背后的理論了。
scikit-learn 文檔地址：https:///stable/tutorial/basic/tutorial.html
SQL
想成為數(shù)據(jù)科學(xué)家，SQL 是必不可少的一項(xiàng)技能，因?yàn)槌槿?shù)據(jù)是數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)流程之一。這通常需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行 SQL query。如果你沒有學(xué)完上述 Dataquest 數(shù)據(jù)科學(xué)課程，那么這里有一些免費(fèi)資源可供選擇。
Codeacamdemy 有一門 SQL 入門課程，這門課實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程中你可以在瀏覽器內(nèi)進(jìn)行編程。
課程地址：https://www./learn/learn-sql
如果你還想了解基于云的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，那么 Google Cloud BigQuery 是不錯(cuò)的選擇。它有免費(fèi)試用方案，你可以免費(fèi)嘗試 query、大量公共數(shù)據(jù)集，以及閱讀官方文檔（https://cloud.google.com/bigquery/docs/tutorials）。

Codeacademy SQL 課程
R 語(yǔ)言
要想成為全面的數(shù)據(jù)科學(xué)家，只學(xué) Python 還不夠。我推薦大家學(xué)習(xí)一門 R 語(yǔ)言入門課程。Codeacademy 就有一門免費(fèi)入門課程。

課程地址：https://www./learn/learn-r。
值得注意的是，Codeacademy 的 pro 版本也提供完整的數(shù)據(jù)科學(xué)學(xué)習(xí)計(jì)劃（升級(jí) pro 賬戶需要每月支付 31.99 到 15.99 美元不等，具體費(fèi)用取決于預(yù)先支付多少個(gè)月）。我個(gè)人覺得 Dataquest 的課程更加全面，但 Codeacademy 的這門課程要便宜一些。
軟件工程
掌握軟件工程技能和最佳實(shí)踐是明智的做法，這會(huì)使代碼更具可讀性和可擴(kuò)展性。此外，當(dāng)你開始將模型投入生產(chǎn)過程時(shí)，你需要寫出高質(zhì)量、測(cè)試良好的代碼，并熟練使用版本控制等工具。
這里有兩個(gè)不錯(cuò)的免費(fèi)資源?！窹ython Like You Mean It」涵蓋 PEP8 風(fēng)格指南、文檔，以及面向?qū)ο蟮木幊獭?/section>
地址：https://www./intro.html（有中文版）
scikit-learn 貢獻(xiàn)指南旨在促進(jìn)開發(fā)者對(duì) scikit-learn 庫(kù)的貢獻(xiàn)，但它實(shí)際上也涉及最佳實(shí)踐。它包括 GitHub、單元測(cè)試、debug 等話題，而且其寫作背景是數(shù)據(jù)科學(xué)應(yīng)用。
scikit-learn 貢獻(xiàn)指南地址：https:///stable/developers/contributing.html
深度學(xué)習(xí)
要想對(duì)深度學(xué)習(xí)有一個(gè)全面的了解，我覺得 是最好的選擇，它完全免費(fèi)且沒有廣告。該課程包含機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論、深度學(xué)習(xí)實(shí)踐、計(jì)算線性代數(shù)和自然語(yǔ)言處理導(dǎo)論（代碼優(yōu)先）。所有課程都以實(shí)踐為先，強(qiáng)烈推薦大家學(xué)習(xí)這些課。
課程地址：https://www./

平臺(tái)
理論
你在學(xué)習(xí)技術(shù)能力部分時(shí)，一定會(huì)遇到一些代碼背后的理論知識(shí)。我推薦大家在學(xué)習(xí)實(shí)踐能力的同時(shí)學(xué)習(xí)理論知識(shí)。我自己采取的方式是：學(xué)習(xí)能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)技術(shù)的代碼（比如 KMeans），在代碼運(yùn)行后深入了解其概念，如慣性（inertia）。scikit-learn 文檔包含 KMeans 算法背后的所有數(shù)學(xué)概念，地址：https:///stable/modules/clustering.html#k-means。
這部分將介紹重要的基礎(chǔ)理論知識(shí)。
可汗學(xué)院幾乎涵蓋以下列舉的所有概念，且可免費(fèi)學(xué)習(xí)。你可以在注冊(cè)可汗學(xué)院時(shí)選擇想要學(xué)習(xí)的主題，這樣就可以得到量身定做的理論學(xué)習(xí)路徑了。查看下圖中的所有復(fù)選框，提前了解下文將要列舉的大部分理論元素。

可汗學(xué)院
數(shù)學(xué)
微積分
微積分的維基百科定義是「一門研究變化的學(xué)問」。換句話說(shuō)，微積分能夠找出函數(shù)之間的模式，比如導(dǎo)數(shù)可以幫助你理解函數(shù)隨著時(shí)間的變化。
很多機(jī)器學(xué)習(xí)算法利用微積分優(yōu)化模型性能。如果你稍微了解機(jī)器學(xué)習(xí)，就一定聽說(shuō)過梯度下降。梯度下降就是：迭代地調(diào)整模型參數(shù)值，以找出能夠最小化成本函數(shù)的局部極小值。梯度下降是微積分在機(jī)器學(xué)習(xí)中的應(yīng)用的絕佳案例。
你需要了解以下知識(shí)：
導(dǎo)數(shù)

  • 幾何定義

  • 計(jì)算函數(shù)的導(dǎo)數(shù)

  • 非線性函數(shù)

鏈?zhǔn)椒▌t

  • 復(fù)合函數(shù)

  • 復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)

  • 多個(gè)函數(shù)

梯度

  • 偏導(dǎo)數(shù)

  • 方向?qū)?shù)

  • 積分（Integrals）

線性代數(shù)
很多流行的機(jī)器學(xué)習(xí)方法（包括 XGBoost）使用矩陣來(lái)存儲(chǔ)輸入和處理數(shù)據(jù)。矩陣和向量空間、線性方程構(gòu)成了線性代數(shù)。要想了解機(jī)器學(xué)習(xí)方法的工作原理，你需要首先掌握線性代數(shù)知識(shí)。
你需要學(xué)習(xí)：
向量和空間

  • 向量

  • 線性組合

  • 線性相關(guān)和線性無(wú)關(guān)

  • 向量點(diǎn)積和叉積

矩陣變換

  • 函數(shù)和線性變換

  • 矩陣相乘

  • 反函數(shù)

  • 轉(zhuǎn)置矩陣

統(tǒng)計(jì)學(xué)
以下是你需要了解的重要概念：
描述性統(tǒng)計(jì)

  • 如何總結(jié)數(shù)據(jù)樣本

  • 不同分布類型

  • 偏斜度、峭度和集中趨勢(shì)（如均值、中位數(shù)、眾數(shù)）

  • 依賴性度量，以及變量之間的關(guān)系（如相關(guān)性和協(xié)方差）

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

  • 假設(shè)檢驗(yàn)

  • 采樣

  • 顯著性檢驗(yàn)

  • 隨機(jī)性

  • 概率

  • 置信區(qū)間和雙總體推斷（two-sample inference）

機(jī)器學(xué)習(xí)

  • 坡度推斷

  • 線性和非線性回歸

  • 分類

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
第三部分是實(shí)踐。要想真正掌握上述概念，你需要在類似現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的項(xiàng)目中使用這些技能。實(shí)踐過程中，你會(huì)遇到一些問題，如數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)出錯(cuò)，并逐漸發(fā)展出該領(lǐng)域的深層專業(yè)能力。這部分將列舉一些可供免費(fèi)獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的地方。
「實(shí)踐的目的不僅是實(shí)現(xiàn)潛能，還在于開發(fā)潛能，使之前不可能的事變?yōu)榭赡?。這要求你勇于挑戰(zhàn)：走出舒適區(qū)，強(qiáng)制大腦或身體不停適應(yīng)?！笰nders Ericsson，《Peak: Secrets from the New Science of Expertise》
Kaggle 等競(jìng)賽
機(jī)器學(xué)習(xí)競(jìng)賽是獲取構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的好去處。它們提供大量數(shù)據(jù)集、待解決問題和排行榜。排行榜是衡量現(xiàn)有知識(shí)能否開發(fā)出優(yōu)秀模型的重要方式，還能幫助你發(fā)現(xiàn)哪些地方需要改進(jìn)。
除了 Kaggle，還有很多機(jī)器學(xué)習(xí)競(jìng)賽平臺(tái)，如 Analytics Vidhya 和 DrivenData。

DrivenData 競(jìng)賽頁(yè)
UCI 機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)
UCI 機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)包含大量公共數(shù)據(jù)集。你可以使用這些數(shù)據(jù)集創(chuàng)建自己的數(shù)據(jù)項(xiàng)目，包括數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型。你甚至可以嘗試使用 web 前端構(gòu)建一個(gè)部署模型。將自己的項(xiàng)目存儲(chǔ)在公共平臺(tái)是個(gè)好辦法，比如 GitHub，這可以幫你創(chuàng)建作品集，展示個(gè)人技能，為未來(lái)的求職打下基礎(chǔ)。

UCI 機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)
開源貢獻(xiàn)
另一個(gè)選擇是為開源項(xiàng)目做貢獻(xiàn)。很多 Python 庫(kù)依賴社區(qū)進(jìn)行維護(hù)，黑客馬拉松活動(dòng)常常會(huì)在社區(qū)聚會(huì)和會(huì)議時(shí)舉辦，新手也可以參加這類聚會(huì)。參加這些活動(dòng)可以幫你積攢實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并提供一個(gè)向他人學(xué)習(xí)同時(shí)反饋他人的環(huán)境。Numfocus 就是一個(gè)例子。

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