过拟合、欠拟合

过拟合和欠拟合

训练误差和泛化误差

• 训练误差，模型在训练集合上表现的误差。
• 泛化误差 ，模型在任意一个数据集上表现出来的误差的期望。
• 过拟合，模型训练误差远小于在测试集上的误差。
• 欠拟合 ，模型无法在训练集上得到较低的训练误差。

如何判断过拟合和欠拟合

现在常用的判断方法是从训练集中随机选一部分作为一个验证集，采用K折交叉验证的方式。把原始训练数据集分割成K个不重合的子数据集，然后我们做K次模型训练和验证。每一次，我们使用一个子数据集验证模型，并使用其他K-1个子数据集来训练模型。在这K次训练和验证中，每次用来验证模型的子数据集都不同。最后，我们对这K次训练误差和验证误差分别求平均。

主要的因素

• 模型复杂度
• 训练数据集大小

般来说，如果训练数据集中样本数过少，特别是比模型参数数量（按元素计）更少时，过拟合更容易发生。此外，泛化误差不会随训练数据集里样本数量增加而增大。因此，在计算资源允许的范围之内，我们通常希望训练数据集大一些，特别是在模型复杂度较高时。
解决的方法
过拟合：

• 权重衰减

  在loss 函数上增加二范数，l2 norm，即权重衰减等价于 L2 范数正则化（regularization）。正则化通过为模型损失函数添加惩罚项使学出的模型参数值较小，是应对过拟合的常用手段。
  
  其中超参数 λ>0 。当权重参数均为0时，惩罚项最小。当 λ 较大时，惩罚项在损失函数中的比重较大，这通常会使学到的权重参数的元素较接近0。当 λ 设为0时，惩罚项完全不起作用。

• dropout
  dropout的思想是当一组参数经过某一层神经元的时候，去掉这一层上的一部分神经元，让参数只经过一部分神经元进行计算。注意这里的去掉并不是真正意义上的去除，只是让参数不经过一部分神经元计算而已。

• 提前终止训练
  减少训练的迭代次数。从上面的误差率曲线图可以看出，理论上能够找到一个训练程度，此时验证集误差率最低，视为拟合效果最好的点。

欠拟合
增加模型复杂度或者提高数据集大小。