機器學習概論

2021-10-12 12:35:09 字數 2688 閱讀 9293

假如現在有n個房子的面積大小與**,我們想通過這些資料得出乙個模型,這個模型的作用是,當我輸入這n個房子之外的其它房子的面積時,模型可以**出它們的**。很好,這就是高中學過的線性回歸!

機器學習按學習方式可分為:監督學習、無監督學習、強化學習

按演算法可分為:傳統機器學習、深度學習、強化學習

監督學習的任務是學習出乙個模型,模型就是輸入到輸出的對映,有兩種表示方式:

對於新的輸入x

xx,分別給出**輸出y

=arg

⁡max⁡y

p^(y

∣x)y=\mathop\limits_\hat(y|x)

y=yarg

max​p^

(y∣x

),y=f^

(x)y=\hat(x)

y=f^​(

x)模型的假設空間包含所有可能的條件概率分布或決策函式。例如,假設決策函式是輸入變數的線性函式,那麼模型的假設空間就是所有線性函式構成的函式集合。

引數向量θ

\theta

θ取值於n

nn維引數空間r

nr^n

rn有了假設空間,監督學習的目標就是從假設空間中選出最優模型。那如何選出最優模型呢?

損失函式:**值f(x

)f(x)

f(x)

與真實值y

yy可能相同,也可能不同。用損失函式度量**錯誤的程度。

損失函式的期望稱為期望損失(expected loss),目標就是選擇出期望損失最小的模型。但p(x

,y)p(x,y)

p(x,y)

未知,所以rex

p(f)

r_(f)

rexp​(

f)無法直接計算,反過來,如果知道p(x,y),那麼p(y|x)便能直接計算出來,也就不需要學習了。

r ex

p(f)

=ep[

l(x,

f(x)

)]=∫

l(x,

f(x)

)p(x

,y)d

xdyr_(f)=e_p[l(x,f(x))]=\int l(x,f(x))p(x,y)\, x\, y

rexp​(

f)=e

p​[l

(x,f

(x))

]=∫l

(x,f

(x))

p(x,

y)dx

dy損失函式是針對乙個樣本點的,在整個訓練集上的平均損失定義為經驗損失(empirical loss)

r em

p(f)

=1n∑

i=1n

l(yi

,f(x

i))r_(f)=\frac\sum_^n l(y_i,f(x_i))

remp​(

f)=n

1​i=

1∑n​

l(yi

​,f(

xi​)

)根據大數定律,當樣本數n趨於無窮時,經驗損失rem

p(f)

r_(f)

remp​(

f)趨於期望損失rex

p(f)

r_(f)

rexp​(

f)。但現實中訓練樣本數目有限,用經驗損失估計期望損失不理想,所以要對經驗損失進行一定的矯正。從而關係到監督學習的兩個基本策略:

經驗損失最小化:min

f∈f1

n∑i=

1nl(

yi,f

(xi)

)\mathop\limits_\frac\sum_^n l(y_i,f(x_i))

f∈fmin​n

1​∑i

=1n​

l(yi

​,f(

xi​)

)結構損失最小化:min

f∈f1

n∑i=

1nl(

yi,f

(xi)

)+λj

(f)\mathop\limits_\frac\sum_^n l(y_i,f(x_i))+\lambda j(f)

f∈fmin​n

1​∑i

=1n​

l(yi

​,f(

xi​)

)+λj

(f)λj(

f)\lambda j(f)

λj(f

)便是對經驗損失的矯正,其中j(f

)j(f)

j(f)

是模型的複雜程度,模型越複雜,j(f

)j(f)

j(f)

就越大。λ

\lambda

λ用來權衡經驗損失和模型複雜度。總體的目標是使經驗損失與模型複雜度都小。

演算法是指學習模型的具體方法。以上,統計學習問題被歸結為最優化問題(即使經驗損失或結構損失最小化問題),統計學習的演算法也就是求解最優化問題的演算法。比如梯度下降等。

以上,便是機器學習三要素:模型+策略+演算法。

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