机器学习中的目标函数,损失函数,代价函数有啥区别

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了机器学习中的目标函数,损失函数,代价函数有啥区别相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

y是机器学习的目标,我们用数学的方法构建了一个现实的模型f(x,w),用它来表示x与y之间的关系(当然这个关系的好坏,与模型的选择关系密切),F(x)=f(x,w)就是我们一般所说的目标函数。模型定好了,我们要做的是对w进行优化调准,使得f(x,w)对于x与y之间的关系描述更准确。当然完全一致,在现实的复杂问题中是不太可能的,所以就有了误差一说。我们将实际误差用一个函数表示就是“损失函数”L(y,f(x,w)),现实中这个损失函数也是不能完全准确表示的,然而我们又要用这个损失函数来量化误差,从而指导w的优化调准,于是就退而求其次,找到一些近似的替代方案,比如均方误差等,我们用它们来评估模型的好坏,并指导训练的迭代,这便是代价函数Cost(y,f(x,w))。损失函数与代价函数的主要区别就是一个是真实的理想,另一个是现实的缺憾。 参考技术A 有什么区别

机器学习中的目标函数损失函数代价函数有什么区别?

作者:zzanswer
链接:https://www.zhihu.com/question/52398145/answer/209358209
来源:知乎
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谢谢评论区

老师的建议,完善下答案:

 

首先给出结论:损失函数和代价函数是同一个东西,目标函数是一个与他们相关但更广的概念,对于目标函数来说在有约束条件下的最小化就是损失函数(loss function)。

举个例子解释一下:(图片来自Andrew Ng Machine Learning公开课视频)

 

技术分享图片

上面三个图的函数依次为 技术分享图片 , 技术分享图片 , 技术分享图片 。我们是想用这三个函数分别来拟合Price,Price的真实值记为 技术分享图片

我们给定 技术分享图片 ,这三个函数都会输出一个 技术分享图片 ,这个输出的 技术分享图片 与真实值 技术分享图片 可能是相同的,也可能是不同的,为了表示我们拟合的好坏,我们就用一个函数来度量拟合的程度,比如:

技术分享图片 ,这个函数就称为损失函数(loss function),或者叫代价函数(cost function)。损失函数越小,就代表模型拟合的越好

那是不是我们的目标就只是让loss function越小越好呢?还不是。

这个时候还有一个概念叫风险函数(risk function)。风险函数是损失函数的期望,这是由于我们输入输出的 技术分享图片 遵循一个联合分布,但是这个联合分布是未知的,所以无法计算。但是我们是有历史数据的,就是我们的训练集, 技术分享图片 关于训练集的平均损失称作经验风险(empirical risk),即 技术分享图片 ,所以我们的目标就是最小化 技术分享图片 ,称为经验风险最小化

到这里完了吗?还没有。

如果到这一步就完了的话,那我们看上面的图,那肯定是最右面的 技术分享图片 的经验风险函数最小了,因为它对历史的数据拟合的最好嘛。但是我们从图上来看 技术分享图片肯定不是最好的,因为它过度学习历史数据,导致它在真正预测时效果会很不好,这种情况称为过拟合(over-fitting)。

为什么会造成这种结果?大白话说就是它的函数太复杂了,都有四次方了,这就引出了下面的概念,我们不仅要让经验风险最小化,还要让结构风险最小化。这个时候就定义了一个函数 技术分享图片 ,这个函数专门用来度量模型的复杂度,在机器学习中也叫正则化(regularization)。常用的有 技术分享图片 , 技术分享图片 范数。

到这一步我们就可以说我们最终的优化函数是:技术分享图片 ,即最优化经验风险和结构风险,而这个函数就被称为目标函数

结合上面的例子来分析:最左面的 技术分享图片 结构风险最小(模型结构最简单),但是经验风险最大(对历史数据拟合的最差);最右面的 技术分享图片 经验风险最小(对历史数据拟合的最好),但是结构风险最大(模型结构最复杂);而 技术分享图片 达到了二者的良好平衡,最适合用来预测未知数据集。

以上的理解基于Coursera上Andrew Ng的公开课和李航的《统计学习方法》,如有理解错误,欢迎大家指正。






以上是关于机器学习中的目标函数,损失函数,代价函数有啥区别的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

(转载)机器学习中的目标函数损失函数代价函数有什么区别

机器学习损失函数代价函数目标函数之间有什么区别

机器学习中目标函数损失函数代价函数之间的区别和联系

损失函数&代价函数&成本函数&目标函数的区别

机器学习 损失函数(Loss/Error Function)代价函数(Cost Function)和目标函数(Objective function)

目标函数损失函数代价函数