Python机器学习及实践——进阶篇5（模型检验）

Posted 2023-02-27 Lenskit

前面时不时提到模型检验或者交叉验证等词汇，特别是在对不同模型的配置，不同的特征组合，在相同的数据和任务下进行评价的时候。究其原因是因为仅仅使用默认配置的模型与不经处理的数据特征，在大多数任务下是无法得到最佳性能表现的。因此在最终交由测试集进行性能评估之前，我们希望可以利用手头现有的数据对模型进行调优，甚至可以粗略地估计测试结果。

这里需要强调的是，前面所使用的测试数据是由原始数据中采样而来，并且多数知晓测试的正确结果；但是这仅仅是为了学习和模拟的需要。一些初学者经常拿着测试集的正确结果反复调优模型与特征，从而可以发现在测试集上表现最佳的模型配置和特征组合。这是极其错误的行为。
正确的做法是对现有数据进行采样分割：一部分用于模型参数训练，叫做训练集；另一部分数据集合用于调优模型配置和特征选择，并且对未知的测试性能做出估计，叫做开发集或验证集。根据验证流程复杂度的不同，模型检验方式分为留一验证与交叉验证。

留一验证：

留一验证最为简单，就是从任务提供的数据中，随机采样一定比例作为训练集，剩下的“留做”验证。通常，我们取这个比例为7：3，即70%作为训练集，剩下的30%用做模型验证。不过，通过这一验证方法优化的模型性能也不稳定，原因在于对验证集合随机采样的不确定性。因此，这一方法被使用在计算能力较弱，而相对数据规模较大的机器学习发展的早期，这一验证的方法进化成为更加高级的版本：交叉验证。

交叉验证：

交叉验证可以理解为做了多次留一验证的过程。只是需要强调的是，每次检验所使用的验证集之间是互斥的，并且要保证每一条可用数据都被模型验证过。以10折交叉验证为例，如下图所示（图片来自网络）：

全部可用数据被随机分割为评价数量的10组，每次迭代都选取其中1组数据作为验证集，其他9组作为训练集。
交叉验证的好处在于，可以保证所有数据都有被训练和验证的机会，也尽最大可能让优化的模型性能表现得更加可信。