Oppimisjärjestelmä on järjestelmä, joka voi parantaa suorituskykyään ajan myötä käyttämällä saapuvaa tietoa.
Oppimisen tavoitteena on tila, jota oppimisjärjestelmän tulisi lähestyä oppimisprosessin tuloksena. Yksinkertaisen tavoitteen tapauksessa oppiminen pelkistetään ulkoisen ohjausvektorin tai järjestelmäparametrien valintaan, minkä pitäisi johtaa funktion ääriarvoon , jossa on satunnainen prosessi , jonka jakautumistiheys on tunnettu funktio . Harjoittelutarve syntyy, kun jakautumistiheyttä ei tiedetä. Oppimisprosessi koostuu vektorin arvon määrittämisestä mittaamalla satunnaisprosessia ja funktionaalisen arvon gradienttia, jossa funktionaalin arvo on äärimmäinen. Monimutkaisemmissa tehtävissä oppiminen tarkoittaa prosessia, jossa kohdennetun kokeen aikana määritetään tuntemattomia parametreja aiemmin tunnetuista riippuvuuksista.
Oppimisjärjestelmiä käytetään tunnistus-, suodatus- , tunnistamis-, päätöksenteko- , hallinta- ja prosessimallinnusjärjestelmissä.