正则化解决过拟合问题

谁来救救过拟合?透过现象看本质,如何利用正则化方法解决过拟合问题 刚开始的时候,模型还不能很好地拟合所有数据点,即无法反映数据分布,这时它是欠拟合的。而随着训练次数增多,它慢慢找出了数据的模式,能在尽可能多地拟合数据点的同时反映数据趋势,这时它是一个性能较好的模型。在这基础上,如果我们继续训练,那模型就会进一步挖掘训练数据中的细节和噪声,为了拟合所有数据点“不择手段”,这时它就过拟合了。 阅读详情

关于正则化,以下引自李航博士《统计学习方法》1.5节关于正则化的一些描述:

模型选择的典型方法是正则化。正则化是结构风险最小化策略的实现,是在经验风险上加一个正则化项(regularizer)或罚项(penalty term)。正则化项一般是模型复杂度的单调递增函数,模型越复杂,正则化值就越大。比如,正则化项可以是模型参数向量的范数。
正则化符合奥卡姆剃刀(Occam's razor)原理。奥卡姆剃刀原理应用于模型选择时变为以下想法:在所有可能选择的模型中,能够很好地解释已知数据并且十分简单才是最好的模型,也就是应该选择的模型。从贝叶斯估计的角度来看,正则化项对应于模型的先验概率。可以假设复杂的模型有较大的先验概率,简单的模型有较小的先验概率。
为了解决过拟合问题,通常有两种办法,第一是减少样本的特征(即维度),第二就是我们这里要说的”正则化“(又称为”惩罚“,penalty)。
正则化的一般形式是在整个平均损失函数后增加一个正则项(L2范数正则化,也有其他形式的正则化,他们的作用也不同):
什么情况下出现过拟合:
  当你拟合的函数中,一些特征权重阶数越高时,过度拟合的情况越有可能发生,反之阶数越小,过拟合发生概率越小,甚至会欠拟合。
  比如有三个拟合函数:
    a0 + a1x1+ a2x2 
    a0 + a1x1+ a2x2 + a3x12 + a4x22
    a0 + a1x1+ a2x2 + a3x12 + a4x22 + a5x13 + a6x23
  则最后这个过拟合的可能最高。

 正则化:特征全部保留,但特征系数进行最小优化。
     设一般情况下的成本函数为costFucntion(a,x,y)
     为了时特征系数减小,以使axj变小,新的成本函数为 costFunction_reg(a,x,y) = costFunction(a,x,y) + sum(aj2) 
  我们将这种处理叫做正则化

  新增的正则化项为 a02 + a12 + ... + an2,  惯例上不要a02这项(他是1的系数),但即使加上效果影响不大。


正则化的线性回归问题
     成本函数:costFunction(a,X,y) = 1/2m *sum((h(a,X)-y).^2), 其中h(a,X)=Xa;
          正则化后:costFunctionReg(a,X,y) = costFunction(a,X,y) + lambda*sum(aj2)
     梯度下降法:aj = aj - 1/m *alpha * ( h(a,X)-y ) * Xj
          正则化后:aj = aj - 1/m * alpha * ( h(a,X)-y ) * Xj  - 1/m * alpha * lambda * aj
     正规方程组解法 a = (XT*X)-1*XT*y

          正则化后:a = (XT*X - lambda * I )-1*XT*y


logistic分类问题过拟合解决
  成本函数:costFunction(ha(x),y) = -y*log( ha(x) ) - (1-y)*log( 1- ha(x))
    正则化后:costFunctionReg(ha(x),y) = costFunction(ha(x),y)  +  lambda*sum(aj2)
  梯度下降法:aj =aj - 1/m*(ha(x)-y )* Xj;
    正则化后:aj =aj - 1/m*(ha(x)-y )* Xj -1/m*lambda*a


斯坦福大学机器学习笔记——过拟合问题以及正则化的解决方法 当我们使用前面博客所讲述的线性回归和逻辑回归时,经常会出现一种过拟合(over-fitting)问题。下面对过拟合下一个定义:过拟合(over-fitting): 所谓的过拟合就是:如果我们有非常多的特征时,通过使用这些特征学习得到的假设可能非常好地适应训练集(代价函数很小,几乎为零),但是可能这种假设不能推广到新的数据(对于新的数据预测的结果不好,也就是我们所说的泛化能力不强)。 下面我们从例 阅读详情

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