西瓜书学习笔记一 引言 基本术语 机器学习周志华

第1章 绪论

1.1引言

日常生活中有很多基于经验做出的预判,如判断天气、判断西瓜是否成熟。我们能做出有效的预判,是因为我们已经积累了许多经验,而通过对经验的利用,就能对新 情况做出有效的决策。

机器学习它致力于研究如何通过计算的手段,利用经验来改善系统自身的性能。在计算机系统中,"经验"通常以"数据"形式存 在,因此,机器学习所研究的主要内容,是关于在计算机上从数据中产生"模型" (model) 的算法,即"学习算法" (learning algorithm)。([Mitchell, 1997J 给出了 一个更形式化的定义假设用来评估计算机程序在某任务类上的性能, 若一个程序通过利用经验E在T中任务上获得了性能改善,则我们就说关于T和P,该程序对E进行了学习。)

本书用"模型"泛指从数据中学得的结果。有文献用"模型"指全局性结果(例如一棵决策树),而用"模式"指局部性结果(例如一条规则).

1.2基本术语

要进行机器学习,先要有数据。假定我们收集了一批关于西瓜的数据,例如(色泽=青绿;根蒂=蜷缩;敲声=浊响), (色泽=乌黑;根蒂:稍蜷;敲声=沉闷), (色泽=浅白;根蒂 硬挺;敲声=清脆),……,每对括号内是一条记录, "=”意思是"取值为"。

这组记录的集合称为一个"数据集" (data set) ,其中每条记录是关于一个

### 关于周志华机器学习》(西瓜)第二章的学习笔记 #### 模型评估与选择概述 模型评估与选择是机器学习领域的重要组成部分,旨在通过合理的方法评价不同模型的表现并挑选最优者。这过程不仅涉及如何衡量单个模型的好坏,还包括怎样对比多个候选方案以做出最佳决策。 #### 偏差、方差和噪声的概念解析 偏差度量了学习算法的期望预测与实际结果之间的差距,反映了算法自身的拟合精度;方差描述的是相同规模训练集变化引起的学习效果波动情况,体现了数据扰动带来的影响;而噪声则设定了给定任务下所有可能采用的学习方法能达到的最佳预期泛化误差界限,揭示了问题本身固有的复杂性和挑战性[^2]。 #### 性能度量指标——P-R图及其应用 为了更直观地展示各类分类器的工作特性,通常会绘制精确率-召回率(Precision-Recall, P-R)曲线来辅助分析。当面对多组实验结果时,可以通过观察这些图形相互间的位置关系来进行优劣评判:如果某条曲线始终位于另条之上,则表明前者具有更好的整体表现;而对于那些存在交点的情况,则需进步计算各自下方区域面积大小作为判断依据之。此外,“平衡点”作为种特殊的性能测度,在特定条件下也能提供有价值的参考信息[^3]。 #### 偏差-方差分解理论简介 该理论为理解学习算法的般化能力提供了框架性的指导思路,通过对平均测试错误率实施拆分操作,可以深入剖析导致过拟合现象背后的原因所在,并据此探索改进措施的方向。具体而言,总误差由三部分构成——不可约减误差点(即噪声)、平方形式表达出来的偏差项以及线性累加而成的方差成分[^4]。 ```python import numpy as np from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import precision_recall_curve, auc def evaluate_model_performance(model, X, y): """ 计算并返回PR曲线下面积(AUC),用于量化模型的整体性能。 参数: model (object): 已经训练好的分类模型实例。 X (array-like of shape (n_samples, n_features)): 测试特征矩阵。 y (array-like of shape (n_samples,)): 对应的真实标签向量。 返回: float: PR AUC得分。 """ # 划分训练集/验证集 X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X, y, test_size=0.2) # 使用训练集拟合模型 model.fit(X_train, y_train) # 获取验证集中各观测对应的概率估计值 probas_pred = model.predict_proba(X_val)[:, 1] # 绘制PR曲线并求得AUC分数 precisions, recalls, _ = precision_recall_curve(y_val, probas_pred) pr_auc_score = auc(recalls, precisions) return pr_auc_score ```
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