Teorik bir bakış açısı ile makine öğrenimi yüksek olasılığı doğru öğrenme ile ifade edilebilmektedir. Makine öğrenimi araştırmalarının odaklanmış olduğu konu bilgisayarlara karışık örüntüleri algılama ve verilere dayalı akılcı kararlar verebilme yetisi kazandırmaktadır. Bu da makine öğreniminin olasılık kuramı, istatistik, örüntü tanıma, veri madenciliği, yapay zeka, uyarlamalı denetim ve kuramsal bilgisayar bilimi gibi farklı alanlar ile yakın ilişkiler içinde olduğunun bir göstergesi olarak kabul edilmektedir.
Deep learning ya da derin öğrenme, hiyerarşik öğrenme ya da derin yapılandırmış öğrenme olarak da isimlendirilmektedir. Derin öğrenme, bir ya da birden fazla katman içermekte olan yapay sinir ağları ve benzeri makine öğrenme algoritmalarını kapsayan çalışma alanlarıdır. Bu da en az bir adet yapay sinir ağının kullanıldığı ve birden fazla algoritma ile bilgisayarın elde olan verilerden yeni veriler elde etmesi anlamına gelmektedir.
Yapay sinir ağı, insan beyninin bilgi işleme yönteminden esinlenerek geliştirilmiş olan bir bilgi işlem teknolojisi ve sinir ağıdır. Bu sayede basit bir biyolojik sinir sisteminin çalışma biçimi taklit edilmiş olur. Yani biyolojik sinir hücrelerinin ve bu hücrelerin birbirleri arasında kurmuş olduğu sinaptik bağın dijital olarak modellendirilmesidir.
Derin öğrenme, gözetimli, gözetimsiz ve yarı gözetimli olarak gerçekleştirilebilmektedir. Derin yapay sinir ağları, pekiştirmeli öğrenme ile de başarılı sonuçlar vermiştir. Biyolojik sistemlerdeki bilgi işleme düğümlerinden esinlenerek üretilmiş olan yapay sinir ağları statik ve sembolik olma eğilimindedir.
Kökeni kırklı yıllara dayanan derin öğrenme kavramı, bu yıllarda üretilen ve geliştirmeye başlanan sinir ağlarına dayanmaktadır. Seksenli ve doksanlı yıllar süresince araştırmacılar gelişmiş teknikler kullanarak sinir ağları üzerinde çalışmışlardır. Bu dönemlerde yapay sinir ağları ile derin öğrenme, sınıflandırma ve tanıma görevlerinde insanınki ile aynı seviyede performans sergilemeye başlamıştır.
Derin öğrenme modellerinden bazıları şunlardır:
Derin öğrenme süreçlerinde kullanılan teknikler ise şu şekildedir:
Derin öğrenme bilgisayarlı ses ve görü tanıma, tıbbı görüntü analizi gibi birçok farklı ve çeşitli alanlarda başarı ile kullanılabilmektedir. Farklını kullanım alanları ile ortaya koyan derin öğrenmenin başlıca uygulama alanları şunlardır: