由回归引出的正则化的延伸及扩展

本文深入探讨正则化在回归问题中的重要性,旨在理解为何需要正则化以增强模型的鲁棒性和泛化能力。通过偏差方差分解,解释了模型在训练集和测试集表现的差异,并介绍了PAC-learning和贝叶斯先验等概念,以寻找既能减少过拟合又能保持模型简洁的方法。

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在学习回归问题的过程中,我们经常性的看到算法推导,并认知到一定程度,比如,你知道一个线性问题最后其实是求最小二乘,但是在这个过程中,许多问题的数学原理并没有十分弄懂,仅仅是知道那些算法该那样算,那些过程应该那样做,但是为什么那样做,是因为哪一种解释困境,或者实践困难使得我们需要改进算法并对它做出合理的解释,很多时候,我们并没有深入了解,这就造成一种现象,你能把算法到线上运行,但却无法解释很多原理,这样一来,仅仅是算法的使用者,这不是我们学习机器学习算法的目的和应有的结果,所以,此文会尽可能深入地探讨正则化问题。
我们知道的是下图这个目标函数:
这里写图片描述
我们的目的是求最优解θ,我们也知道因为回归问题属于有监督学习,我们的标签和特征已经给出,是真实存在的,我们假设它是独立且同分布,为了让预测函数达到最优性能就是使我们样本发生的联合概率最大,这样才符合我们真实的样本,所以在训练过程中,我们希望尽可能精确的建立模型来拟合训练数据集上的数据,最后我们发现我们的模型完美的吻合所有数据,但是这种吻合仅仅在训练集上,我们把它放到未知的真实场景中,它的表现可能并不好,因为训练数据中往往存在噪点数据,模型学得太完美以至于那些不该学的也学到了。
我们可以举个例子:你开了一家公司,这家公司只有一个程序员,他可以做一个团队的工作,他面面俱到,但是某一天他生病了,或者跳槽了,怎么办?
这种模型的生存能力太弱,周期太短,这种情形不符合我们机器学习的目的,所以我们需要增强它的鲁棒性和泛化能力,让它在更多真实场景中可以表现的更好,更全面。
我们求解θ的过程,最后即使有最优解θ,但是它在训练集和测试集上的表现并非都是良好的,所以我们需要尽可能的优化模型,尽可能使得我们拿到有限数据的情况下,更多的正确的预测我们想要的在真实场景下的情况,我们需要对模型进行评估。
所以需要运用几种不同的思想解释它。
(1)偏差方差分解(bias varience decompesation)
评估模型的泛化能力的一种重要工具,我们用一种简单的方式解释它即可,所谓偏差就是我训练出的预测值的期望和真实值之间的差距,而方差表示多个预测模型的预测值对于它们预测期望值之间的差值的平方。这样一来,当我们在训练一个模型的时候,一开始,模型刚刚训练,这时候数据量小,还无法很足够的学习到什么东西,这时候预测值和真实值有很大的偏差,而此时数据较小,拟合度不高,数据不足以对模型产生干扰,所以,方差也就很小。随着数据量的增加,模型学到了越来越多东西,越来越接近数据分布,此时,预测值和真实值间偏差也来越小,但同时,随便一个数据就很容易对模型有扰动,尤其是噪声数据,当我们把那些局部的特性学到了,就出现过拟合,所以往往,我们没有办法达到很完美的情形,只是在两者之间做tradeoff
(2)PAC-learning
(3)贝叶斯先验关于贝叶斯先验,我们可以通俗地说就是作为人的经验,通过这种经验来调整目标函数,强行进行干预,使其更符合我们的经验。

按照奥卡姆剃刀原理,我们应该找到的模型是能代表它并且尽可能简单的那种。所以我们需要找到方法提升模型泛化能力,同时尽可能减少过拟合的发生,并且尽可能使模型简单,那么方法有很多,这里我们关注正则化,为什么可以引入正则化呢?
第一我们了解不适定问题这个概念,它指的是满足三个条件的问题①解存在②解唯一③解连续依赖初始条件
那么不适定问题就是不满足至少一个条件,在这种情况下,条件数就会很大,意味着误差会严重影响结果,所以提出正则化来解决这种情形
(有待后续补充)

内容概要:本文《2025年全球AI Coding市场洞察研究报告》由亿欧智库发布,深入分析了AI编程工具的市场现状和发展趋势。报告指出,AI编程工具在2024年进入爆发式增长阶段,成为软件开发领域的重要趋势。AI编程工具不仅简化了代码生成、调试到项目构建等环节,还推动编程方式从人工编码向“人机协同”模式转变。报告详细评估了主流AI编程工具的表现,探讨了其商业模式、市场潜力及未来发展方向。特别提到AI Agent技术的发展,使得AI编程工具从辅助型向自主型跃迁,提升了任务执行的智能化和全面性。报告还分析了AI编程工具在不同行业和用户群体中的应用,强调了其在提高开发效率、减少重复工作和错误修复方面的显著效果。最后,报告预测2025年AI编程工具将在精准化和垂直化上进一步深化,推动软件开发行业进入“人机共融”的新阶段。 适合人群:具备一定编程基础,尤其是对AI编程工具有兴趣的研发人员、企业开发团队及非技术人员。 使用场景及目标:①了解AI编程工具的市场现状和发展趋势;②评估主流AI编程工具的性能和应用场景;③探索AI编程工具在不同行业中的具体应用,如互联网、金融、游戏等;④掌握AI编程工具的商业模式和盈利空间,为企业决策提供参考。 其他说明:报告基于亿欧智库的专业研究和市场调研,提供了详尽的数据支持和前瞻性洞察。报告不仅适用于技术从业者,也适合企业管理者和政策制定者,帮助他们在技术和商业决策中更好地理解AI编程工具的价值和潜力。
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