交叉验证--Cross validation

本文详细介绍了交叉验证的概念及其在统计分析和机器学习中的应用。主要内容包括交叉验证的基本原理、常见的几种交叉验证方法(如k-fold交叉验证、LOOCV等)、优缺点分析以及如何通过交叉验证评估算法的泛化能力。

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    交叉验证(Cross validation),有时亦称循环估计, 是一种统计学上将数据样本切割成较小子集的实用方法。于是可以先在一个子集上做分析, 而其它子集则用来做后续对此分析的确认及验证。 一开始的子集被称为训练集。而其它的子集则被称为验证集或测试集。交叉验证是一种评估统计分析、机器学习算法对独立于训练数据的数据集的泛化能力(generalize).

交叉验证一般要尽量满足:

1)训练集的比例要足够多,一般大于一半
2)训练集和测试集要均匀抽样

交叉验证主要分成以下几类:
1)k-folder cross-validation:
k个子集,每个子集均做一次测试集,其余的作为训练集。交叉验证重复k次,每次选择一个子集作为测试集,并将k次的平均交叉验证识别正确率作为结果。
优点:所有的样本都被作为了训练集和测试集,每个样本都被验证一次。10-folder通常被使用。
2)K * 2 folder cross-validation
是k-folder cross-validation的一个变体,对每一个folder,都平均分成两个集合s0,s1,我们先在集合s0训练用s1测试,然后用s1训练s0测试。
优点是:测试和训练集都足够大,每一个个样本都被作为训练集和测试集。一般使用k=10
3)least-one-out cross-validation(loocv)
假设dataset中有n个样本,那LOOCV也就是n-CV,意思是每个样本单独作为一次测试集,剩余n-1个样本则做为训练集。
优点:
1)每一回合中几乎所有的样本皆用于训练model,因此最接近母体样本的分布,估测所得的generalization error比较可靠。
2)实验过程中没有随机因素会影响实验数据,确保实验过程是可以被复制的。
但LOOCV的缺点则是计算成本高,为需要建立的models数量与总样本数量相同,当总样本数量相当多时,LOOCV在实作上便有困难,除非每次训练model的速度很快,或是可以用平行化计算减少计算所需的时间。


-------十折交叉验证:10-fold cross validation-------

       英文名叫做10-fold cross-validation,用来测试算法准确性。是常用的测试方法。将数据集分成十分,轮流将其中9份作为训练数据,1份作为测试数据,进行试验。每次试验都会得出相应的正确率(或差错率)。10次的结果的正确率(或差错率)的平均值作为对算法精度的估计,一般还需要进行多次10折交叉验证(例如1010折交叉验证),再求其均值,作为对算法准确性的估计。

       之所以选择将数据集分为10份,是因为通过利用大量数据集、使用不同学习技术进行的大量试验,表明10折是获得最好误差估计的恰当选择,而且也有一些理论根据可以证明这一点。但这并非最终诊断,争议仍然存在。而且似乎5折或者20折与10折所得出的结果也相差无几。


Libsvm之corss validation:

Usage: grid.py [-log2c begin,end,step] [-log2g begin,end,step] [-v fold]
       [-svmtrain pathname] [-gnuplot pathname] [-out pathname] [-png pathname]
       [additional parameters for svm-train] dataset

for example,进入dos状态下

python grid.py -log2c -5,5,1 -log2g -4,0,1 -v 5 -m 300 heart_scale


原文地址 http://www.zhizhihu.com/html/y2010/2245.html

### k折交叉验证 MATLAB 实现方法 #### 方法概述 k折交叉验证是一种常用的模型评估技术,通过将数据分为k个子集(称为“折”),每次使用其中的一个子集作为测试集,其余部分作为训练集。这种方法可以有效减少因数据划分不均而导致的偏差。 以下是基于MATLAB实现k折交叉验证的具体方法和示例代码: --- #### 数据准备与初始化 在开始之前,需要加载或创建用于实验的数据集,并定义所需的参数,例如k值(即折叠数)。通常建议选择5到10之间的k值以获得较好的平衡效果[^3]。 ```matlab % 加载 Fisher Iris 数据集 load fisheriris; X = meas; % 特征矩阵 Y = species; % 类标签 % 定义 k 折数量 k = 5; % 创建 cvpartition 对象,用于生成交叉验证索引 c = cvpartition(Y,'KFold',k); ``` 上述代码片段展示了如何利用`cvpartition`函数生成k折交叉验证所需的数据分割索引[^1]。 --- #### 训练与测试循环 接下来,在每一轮迭代中分别提取训练集和测试集,并调用支持向量机(SVM)或其他分类器完成建模过程。 ```matlab % 初始化存储性能指标的变量 accuracy = zeros(k,1); for i = 1:k % 获取第i轮的训练/测试索引 trainIdx = training(c,i); testIdx = test(c,i); % 提取对应的训练集和测试集 XTrain = X(trainIdx,:); YTrain = Y(trainIdx); XTest = X(testIdx,:); YTest = Y(testIdx); % 使用 fitcsvm 函数训练 SVM 模型 svmModel = fitcsvm(XTrain,YTrain,'KernelFunction','linear'); % 预测测试集上的类别标签 predictedLabels = predict(svmModel,XTest); % 计算本轮的准确性 accuracy(i) = sum(predictedLabels == YTest)/numel(YTest); end ``` 此段代码实现了完整的k折交叉验证流程,包括模型训练、预测以及性能计算[^2]。 --- #### 结果分析 最后一步是对所有轮次的结果进行汇总统计,得到最终的平均精度和其他评价标准。 ```matlab % 输出各轮次及总体准确率 fprintf('Each Fold Accuracy:\n'); disp(accuracy); meanAccuracy = mean(accuracy); fprintf('Mean Cross-Validation Accuracy: %.2f%%\n', meanAccuracy*100); ``` 以上脚本能够帮助理解整个工作流,并适用于其他类型的机器学习任务调整相应算法即可[^4]。 --- ###
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