机器学习理论知识部分--偏差方差平衡（bias-variance tradeoff）

Posted 2020-08-22 混沌战神阿瑞斯

摘要：

　　1.常见问题

　　　　1.1 什么是偏差与方差？

　　　　1.2 为什么会产生过拟合，有哪些方法可以预防或克服过拟合？

　　2.模型选择

　　3.特征选择

　　4.特征工程与数据预处理

内容：

1.常见问题

　　1.1 什么是偏差与方差？

泛化误差(general error)可以分解成偏差(bias)的平方加上方差(variance)加上噪声(noise)。偏差度量了学习算法的期望预测和真实结果的偏离程度，刻画了学习算法本身的拟合能力，方差度量了同样大小的训练集的变动所导致的学习性能的变化，刻画了数据扰动所造成的影响，噪声表达了当前任务上任何学习算法所能达到的期望泛化误差下界，刻画了问题本身的难度。一般训练程度越强，偏差越小，方差越大，泛化误差一般在中间有一个最小值，如果偏差较大，方差较小，此时一般称为欠拟合，而偏差较小，方差较大称为过拟合。

　　1.2 为什么会产生过拟合，有哪些方法可以预防或克服过拟合？

一般在机器学习中，将学习器在训练集上的误差称为训练误差或者经验误差，在新样本上的误差称为泛化误差。显然我们希望得到泛化误差小的学习器，但是我们事先并不知道新样本，因此实际上往往努力使经验误差最小化。然而，当学习器将训练样本学的太好的时候，往往可能把训练样本自身的特点当做了潜在样本具有的一般性质。这样就会导致泛化性能下降，称之为过拟合，相反，欠拟合一般指对训练样本的一般性质尚未学习好，在训练集上仍然有较大的误差。

欠拟合：一般来说欠拟合更容易解决一些，例如增加模型的复杂度（增加决策树中的分支，增加神经网络中的训练次数等等），增加特征（“组合”、“泛化”、“相关性”），减少正则化系数（参考）。

过拟合：过拟合的解决方案一般有重新清洗数据（导致过拟合的一个原因也有可能是数据不纯导致的），增加样本数量，对样本进行降维，降低模型复杂度，利用先验知识(L1,L2正则化)，利用cross-validation，early stopping等等。