机器学习(十五) - Bias vs. Variance

理解机器学习:偏差与方差的诊断
本文探讨了机器学习中偏差与方差的概念,通过图表解释了欠拟合和过拟合的表现。介绍了正则化在处理过拟合中的作用以及选择合适正则化系数的方法。学习曲线作为一种有效的诊断工具,帮助区分高偏差和高方差问题。针对不同问题,提出了相应的解决方案,如增加训练数据、减少特征或调整正则化参数。

Diagnosing Bias vs. Variance

讲完模型选择,我们接下来讲讲如何去诊断我们算法出现的问题到底是一个high bias(underfitting)的问题还是一个high variance(overfitting)的问题又或者同时两个问题同时存在,因为几乎所有的导致test error不理想的原因都来自于这三种情况中的一种。
我们还是从我们最熟悉的一张图引入(线性拟合):
这里写图片描述
左图欠拟合,右图过拟合,中间刚刚好。
那么现在我们换一张图来看看这三种情况的呈现形式
这里写图片描述
其实线性回归中,次方代表的就是参数个数,次方低表示参数少,次方高代表参数多。那么上图就是参数个数-error曲线图。

  • 欠拟合
    Jtrain(Θ)≈Jcv(Θ)J_{train}(\Theta)\approx J_{cv}(\Theta)Jtrain(Θ)Jcv(Θ),并且它们都很大,即验证集和训练集的error都很高(这里cv代表的是验证集)
  • 过拟合
    Jtrain(Θ)J_{train}(\Theta)Jtrain(Θ) 很小,同时Jcv(Θ)J_{cv}(\Theta)Jcv
### 偏差-方差权衡的概念及其在机器学习中的应用 #### 什么是偏差-方差权衡? 偏差-方差权衡是指在构建预测模型时,需要平衡两种误差源之间的关系。 - **偏差(Bias)** 是指模型预测值与真实值之间的差异程度。高偏差通常意味着模型过于简单,无法捕捉数据的真实模式,这会导致拟合现象[^4]。 - **方差(Variance)** 表示模型对训练数据的敏感度。高方差表明模型过度依赖于训练集的具体特征,可能无法很好地泛化到新数据上,从而引发过拟合问题[^5]。 两者之间存在一种天然的矛盾:降低偏差可能会增加方差,反之亦然。因此,在实际建模过程中,需要找到一个合适的点来最小化总误差(即偏差平方加上方差再加上不可约误差)。 #### null 的处理方式 关于 `null` 的处理方法已经在提供的引用中有提及。当 `null` 参与计算时,可能导致不确定的结果或错误。为了规避这一风险,可以采用特定函数将其替换为其他有效值。例如: - Hive 中可使用 `nvl()` 或 `coalesce()` 函数; - MySQL 提供了 `ifnull()` 方法用于替代空值操作[^1]。 以下是 Python 实现的一个例子,展示如何手动完成类似的转换逻辑: ```python def handle_null(value, default=0): """ 处理输入值为空的情况 """ return value if value is not None else default # 测试代码 print(handle_null(None)) # 输出: 0 (默认值) print(handle_null(42)) # 输出: 42 ``` #### 静态变量的作用范围说明 静态变量通过关键字 `static` 进行声明,其生命周期贯穿整个程序运行期间。即使所在作用域结束,该变量也不会立即销毁。这种特性使得它可以保存状态信息以便后续调用共享同一份存储空间[^2]。 对于 C/C++ 编程而言,默认情况下参数传递遵循按值复制原则;然而针对复杂结构体或者动态分配内存对象,则往往推荐利用双重间接寻址技术——也就是传入指向目标实体地址的指针本身作为实参之一来进行修改操作[^3]。 #### 结论 综上所述,“偏差-方差权衡”是理解并优化机器学习算法性能的重要理论框架之一。与此同时,合理管理数据库查询过程里可能出现的各种异常情况比如缺失字段等问题也是保障最终分析结论可靠性的基础环节。
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