《机器学习》学习笔记chapter2 模型选择（占坑）

1.经验误差与过拟合

1.1 为什么会有过拟合

经验误差也叫做训练误差，是学习器在训练过程中产生的误差。因为样本量不可能等于总体，所以学习器总不能完美地进行学习，如果学习器过于依赖训练的样本，而不能很好地预测其它的情况，这时则产生了过拟合。

1.2如何评估过拟合

答案是交叉验证。
交叉验证：主要用于建模应用中，例如PCR 、PLS 回归建模中。在给定的建模样本中，拿出大部分样本进行建模型，留小部分样本用刚建立的模型进行测试，并求这小部分样本的测试误差，记录它们的平方加和。一句话概括就是，从样本中取小一部分做测试集。

常见的交叉验证方法：

• Hold-Out：即一分为二，一半测试，一半训练
• K-fold (记为K-CV)：即分成k份，将每个子集数据分别做一次验证集,其余的K-1组子集数据作为训练集。
• Leave-One-Out：即每个样本单独作为验证集,其余的N-1个样本作为训练集
• Bootstrapping（严格意义上不属于CV）:通过随机采样，有放回取出m个（总样本量）样本数据作为训练集。而始终不被采集到的样本量是：lim（1−1/m）m ,m取极限值为lim（1−1/m）m=1/e≈0.368。也就是说有大于1/3的样本没被采集出来训练，可以用于测试。这样的测试结果也称为”包外估计“。
  Bootstrapping在数据集小，难有效划分测试集的情况下很有用。但是，它改变了数据集的初始分布，引入了估计的偏差。因此数据量足够时，前面的方法常用些

更多详细参考博文：交叉验证 Cross-validation

1.3调参与最终模型

许多模型都有参数需要调整，即使是细微的调整，训练出的模型都可能大不相同。所以从这个角度看，调参和模型选择本质是相同的。

参数的调整，一般在范围内以等间距去取，然后组合其它参数去训练，这样训练的结果往往，不是最好的，但是即使是这样，训练起来也不容易假设有3个参数，每个参数都在[0,1]范围内。以0.2为间距，去取5个参数。组合起来都有125种可能，就是要训练125次。所以经验在这里就比较重要了。

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2.性能度量

对学习器的泛化性能进行评估，不仅需要有效可行的实验方法（交叉验证）,还需要有衡量模型泛化能力的评价标准，这就是性能度量。
性能度量反应了任务需求，不同地性能度量往往会导致不同地评判结果。也就是说，好和坏是相对的，这取决于任务的需求。可以有以下四类：

2.1 错误率与精度

即直接统计判断错误和正确占总体的百分比。

2.2 查全率与查准率（P-R曲线）

有些任务要求尽可能多地去预测，从而提高目标的成功预测数量，即指标为查全率，例如通缉犯识别系统。有些则要求尽可能地准确地去预测，从而提高预测结果的作用效果，即指标为查准率，如智能推荐。
这一对指标，往往?是成反比的，尽可能地去提高覆盖率，就更可能犯错。尽可能地保证准确度，就更可能不去预测或判断，不太确定的样本。

预测结果预测结果 真实情况正例反例 正例TP(真正例)FN（假反例） 反例FP（假正例）TN（真反例） 作用 查全率衡量符合实际情况的输出为正的样例占所有实际为正的比例R=TPTP+FN 查准率衡量符合实际情况的输出为正的样例占输出为正的比例P=TPTP+FP 准确率衡量输出和实际相符的准确率A=TP+TNTP+TN+FP+FN

P-R曲线

2.3 ROC曲线

有了PR曲线作参考，有时候还是不能够。我们会想在查准率上划一条分界线，上为

ROC曲线&AUC

曲线的XY轴分别为，假正例率和真正例率。通过把学习的结果排序，以不同地分割点进行分割，得到不同阀值下的预测结果，分别计算对应的两个变量，假正例率和真正例率作出ROC曲线。

AUC（Arear Under ROC Curve），即ROC曲线之下的面积。这个面积越大，该学习器（模型）的泛化性能越好。即总体而言，真正利率比假正例率高出的比例更大。

都有查全率查准率和准确率等指标了，为什么还需要ROC曲线呢？
因为在样本类别不均衡的情况下（正例多于反例，反义依然），ROC和AUC能很好地衡量学习器（模型）的性能，其ROC曲线是不变的。

2.4 代价曲线

之前的所有指标，都默认所有判断错误的代价都是相等的。其实现实中，并不是这样。把一个人错认为是通缉犯，和把一个通缉犯错误地放走，明显造成的影响的是不一样的。所以需要引入代价进行计算：此处以二分类为例

二分类代价矩阵:

预测类别预测类别 真实类别第0类第1类 第0类0cost01 第1类cost100

代价敏感错误率：e=1m(∑xi∈D+I(f(xi)≠yi)∗cost01+∑xi∈D−I(f(xi)≠yi)∗cost10)

引入了代价曲线，其中横轴为正例概率代价，纵轴为归一化代价。正例概率代价计算方式为：
P(+)cost=p∗cost01p∗cost01+(1−p)∗cost10

归一化代价计算方式为：
costnorm=FNR∗p∗cost01+FPR∗(1−p)∗cost10p∗cost01+(1−p)∗cost10

更多性能指标参考：
1.机器学习性能评估指标
2.机器学习模型性能评估方法笔记

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3.比较检验

3.1二项分布&二项检验
3.2t检验
3.3交叉验证t检验
3.4McNemar检验
3.5Friedman检验与Nemenyi后续检验

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4.方差与偏差