机器学习的第一种范式是监督学习（Supervised learning），学习的目标是根据输入预测输出的函数。例如，输入是患者的检查数据，输出是疾病的诊断结果；输入是动物图片，输出是它们的名称；输入是未来的某个日期，输出是该日的降雨量。输出值定性还是定量，对问题描述和所用学习方法影响很大，因而习惯上监督学习以其为标准分为两个主题。如果输出值是定性和离散的，监督学习称为分类（Classification），其输出值又称为类别，如患者某项疾病的诊断结果。如果输出值是定量的（常常是连续的），监督学习则称为回归