过拟合和欠拟合

本文深入探讨了过拟合和欠拟合的现象,包括它们的原因及解决方法。过拟合表现为训练集表现好但测试集不佳,可能由样本单一、正负样本不平衡、异常点过多或模型复杂度过高引起。解决方案包括增加数据量、调整样本比例、控制模型复杂度等。欠拟合则表现为训练集和测试集表现均差,可能是模型过于简单。应对策略是增强模型复杂度或增加数据。核心在于平衡模型的偏差和方差,以提高泛化能力。

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拟合

实际就是数学模型

一:过拟合

训练集表现好,但是测试集表现不佳,即泛化性能差(泛化误差)

原因:

1.样本单一

2.正负样本比例不协调

3.异常点太多

4.模型越来越复杂

解决方式:

1.如果是样本单一,可以增加训练的数据集

2.如果是正负样本不协调,可以通过配比权重解决

如何防止过拟合:

1.最根本的可以通过扩大数据量

2.nlp拆解语句组成新的数据集

3.控制模型复杂度

​ 3.1 随机森林可以控制树的复杂度

​ 3.2 正则化/集成学习

​ 3.3 减少训练次数,早点结束训练

二:欠拟合

训练集和测试集都表现不佳,即模型学习能力不佳(训练误差)

原因:

模型太烂

解决方法:

好好训练,增加特征或者数据量进行重新训练

三:方差和偏差的较量

从数学的角度,过拟合和欠拟合是方差和偏差的较量

偏差大偏差小
方差大模型不适合这个数据集
换模型
过拟合
模型很复杂
对训练数据集预测很准
对测试数据集预测很糟糕
方差小欠拟合
模型相对较简单
预测不稳定,且对所有的数据集预测都不太准确
泛化和误差小,属于理想的模型
### 如何检测区分机器学习中的过拟合拟合 在机器学习领域,过拟合拟合是常见的两类问题。为了有效识别这些问题,可以采用多种方法来评估模型性能。 #### 学习曲线分析 一种常用的方法是通过绘制 **学习曲线** 来观察模型的表现。学习曲线展示了随着训练数据量的变化,模型在训练集验证集上的误差变化趋势[^1]。 - 如果模型在训练集上表现良好但在验证集上表现较差,则可能表明存在过拟合现象。 - 若模型在训练集验证集上的误差均较高,则可能是拟合的结果。 #### 偏差与方差分解 另一种视角是从偏差方差的角度出发。当模型表现出较大的偏差时,通常意味着它未能充分捕捉数据中的模式,这通常是拟合的标志;而较高的方差则表示模型对噪声过于敏感,这是典型的过拟合特征[^2]。 #### 数据分布比较 还可以通过对训练数据测试数据之间的分布差异进行对比来辅助判断。如果模型仅能很好地适应训练数据而在新数据上泛化能力不足,则说明可能存在过拟合问题[^3]。 以下是基于上述理论的一个简单代码实现用于生成并可视化学习曲线: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.model_selection import learning_curve from sklearn.linear_model import LogisticRegression def plot_learning_curve(estimator, title, X, y, ylim=None, cv=None, n_jobs=-1, train_sizes=np.linspace(.1, 1.0, 5)): plt.figure() plt.title(title) if ylim is not None: plt.ylim(*ylim) plt.xlabel("Training examples") plt.ylabel("Score") train_sizes, train_scores, test_scores = learning_curve( estimator, X, y, cv=cv, n_jobs=n_jobs, train_sizes=train_sizes) train_scores_mean = np.mean(train_scores, axis=1) test_scores_mean = np.mean(test_scores, axis=1) plt.grid() plt.plot(train_sizes, train_scores_mean, 'o-', color="r", label="Training score") plt.plot(train_sizes, test_scores_mean, 'o-', color="g", label="Cross-validation score") plt.legend(loc="best") return plt # Example usage with logistic regression model X, y = ... # Your dataset here plot_learning_curve(LogisticRegression(), "Learning Curve", X, y, cv=5).show() ``` 此脚本可以帮助直观地看到不同大小样本下模型的学习效果,从而帮助诊断是否存在过拟合拟合状况。
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