过拟合问题详解

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理论部分:

过拟合可以从以下几个方面进行解释:

1. 模型复杂度:
从模型的角度上看,参数越多,模型的复杂度越高。高复杂度的模型也叫做高容量的模型,对于很多不同种类的数据都能有很好的拟合效果。模型的复杂度越高,越容易过拟合。

2. 性能度量的必然结果:
一个模型是否能够准确的预测,需要有一个度量标准,典型的度量标准有均方误差,指数误差等。性能度量衡量的是数据的拟合能力,训练集上模型的误差小,说明模型在训练集能够很好的拟合,但是机器学习的目的并不是拟合训练集,而是为了预测,是为了获取预测能力强的模型。

误差的一种理解是预测值和真实值之间的差值,另一种理解是偏差+方差+噪声的值。

偏差,指的是样本预测值的平均值和样本真实值之间的差距,它体现的模型的拟合能力。

方差,指的是样本预测值偏离样本预测平均值的程度,它体现的是模型的泛化能力。

噪声取决于数据,一般认为它的期望值为0。

如果一个模型在训练集上表现优异,但是测试集上表现很差,是过拟合的典型表现。

如果一个模型在训练集上表现就很差的话,说明该模型欠拟合。缓解欠拟合问题可以通过增加模型复杂度和增加训练数据

降低过拟合的方法:
1. early stopping

2. 在高方差的情况下,可以通过增加训练数据和减少特征维度来减少测试误差

3. 正则化:L1正则化和L2正则化, L1正则化和L2正则化都能够衰减权重,但是前者可以让权重为0,这是一种重要的稀疏表示的方式,后者只会让权重趋于0,但是不会等于0.

经典解释图:

用贝叶斯的框架解释的化,L1本质上是加了均值为0的拉普拉斯先验,而L2是加了均值为0的高斯先验。

对数据进行特征选择的过程,也可以理解成一种降低过拟合的手段,因为特征的减少也就一定程度上减少了模型复杂度。尤其是存在多重共线性问题时,L1正则化具有使得权重稀疏缩减为0的特性,实际上就是去除了线性相关的特征。

4. dropout, 通过一定的概率去除某些神经元的连接权重的方式来形成多个模型,而且这些模型之间天然就具备了参数共享的特性。

代码部分:

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转载自www.cnblogs.com/whatyouknow123/p/10540092.html
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