正则化处理

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会哭的礼物17
2022-07-15 · TA获得超过1.2万个赞
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过拟合本质上是模型太过复杂,复杂到消弱了模型的泛化能力。由于训练数据时有限的,因此总可以通过增加参数的的方式来提升模型的复杂度,降低训练误差。可正如你学习的领域越专精,可应用的范围可能越窄,则在模型训练中就是指过拟合。

如图所示的红色曲线就是过拟合。

正则化是用于抑制过拟合方法的统称,通过动态调整模型参数的取值 来降低模型的复杂度。这是因为当一些参数的取值足够小时,参数对应的属性对结果的影响微乎其微,这在实质上去除了非相关属性的影响。

在线性回归里,最常见的正则化方式就是在损失函数中添加正则化项,而添加的正则化项往往是待估计参数的 p- 范数。将均方误差和参数的范数之和作为一个整体来进行约束优化,相当于额外添加了一重关于参数的限制条件,避免大量参数同时出现较大的取值。由于正则化的作用通常是让参数估计值的幅度下降,因此在统计学中它也被称为系数收缩方法。

w1,w2都是模型的参数,要优化的目标参数。蓝色的圆圈表示没有经过限制的损失函数在寻找最小值过程中,w的不断迭代(随最小二乘法,最终目的还是使损失函数最小)变化情况,表示的方法是等高线,z轴的值就是 E(w)。

那个红色边框包含的区域,其实就是解空间,只能在这个缩小了的空间中,寻找使得目标函数最小的w1,w2。左边图是岭回归,是由于采用了L2范数正则化项的缘故,要求两个参数的平方和小于某个固定的参数,所以是圆形。右边的LASSO,是由于采用了L1范数作为正则化项,要求两个参数的绝对值之和小于某个固定值,所以解空间是方形。

图中蓝色和红色的交点就是最优参数解,交点出现的位子取决于边界的情况,岭回归的边界是曲线,误差等值线可以在任意位置和边界相切。LASSO边界是直线,因此切点最可能出现在方形的顶点上,这就意味着某个参数的取值为0。
岭回归 :衰减不同属性的权重,让所有属性向圆心收拢。
LASSO :直接将某些属性的权重降为0,是对属性的过滤筛选。

当属性的数目远远大于样本的数目的高纬度统计问题,并且不少属性间还存在着相关性时,建议使用LASSO回归来属性的数目。LASSO回归会让很多属性的系数变成0,保留一些系数较大的属性,这个时候系数的取值会对结果又较大影响,因此需要对属性的取值范围进行调整,比如标准化。

当样本数远大于属性数时,岭回归更快,岭回归不会删除属性,会对属性的取值范围进行压缩,特征值小的特征向量会被压缩的很厉害,因此要求属性的取值范围差不多,这样系数差不多,压缩更有意义。

参考资料:王天一,机器学习40讲。

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