2.12 过拟合与欠拟合是什么?怎么解决?

2.12 过拟合与欠拟合是什么?怎么解决?

场景描述

在模型评估与调整的过程中,我们往往会遇到"过拟合 "或"欠拟合"的情况。如何有效地识别"过拟合"和"欠拟合"现象,并有针对性地进行模型调整,是不断改进机器学习模型的关键。特别是在实际项目中,采用多种方法、从多个角度降低"过拟合"和"欠拟合"的风险是算法工程师应当具备的领域知识。

1.在模型评估过程中,过拟合和欠拟合具体是指什么现象?

  • 过拟合 是指模型对于训练数据拟合呈过当的情况,反映到评估指标上,就是模型在训练集上的表现很好,但在测试集和新数据上的表现较差

  • 欠拟合 指的是模型在训练和预测时表现都不好的情况。图2.5形象地描述了过拟合和欠拟合的区别。

可以看出,图2.5(a)是欠拟合的情况,拟合的黄线没有很好地捕捉到数据的特征,不能够很好地拟合数据。

图2.5©则是过拟合的情况,模型过于复杂,把噪声数据的特征也学习到模型中,导致模型泛化能力下降,在后期应用过程中很容易输出错误的预测结果。

2.有哪几种降低过拟合和欠拟合风险的方法?

  • 降低"过拟合"风险的方法

    1. 从数据入手,获得更多的训练数据 。使用更多的训练数据是解决过拟合问题最有效的手段,因为更多的样本能够让模型学习到更多更有效的特征,减小噪声的影响。当然,直接增加实验数据一般是很困难的,但是可以通过一定的规则来扩充训练数据。比如,在图像分类的问题上,可以通过图像的平移、旋转、缩放等方式扩充数据;更进一步地,可以使用生成式对抗网络来合成大量的新训练数据。

    2. 降低模型复杂度 。在数据较少时,模型过于复杂是产生过拟合的主要因素,适当降低模型复杂度可以避免模型拟合过多的采样噪声。例如,在神经网络模型中减少网络层数、神经元个数等;在决策树模型中降低树的深度、进行剪枝等。

    3. 正则化方法。给模型的参数加上一定的正则约束,比如将权值的大小加入到损失函数中。

      以L2正则化为例:

    C = C 0 + λ 2 n ⋅ ∑ i w i 2 C = {C_0} + \frac{\lambda }{{2n}} \cdot \sum\limits_i {{w_i}^2} C=C0+2nλ⋅i∑wi2

    ​ 这样,在优化原来的目标函数 C_0 的同时,也能避免权值过大带来的过拟合风险。
    4. 集成学习方法。集成学习是把多个模型集成在一起,来降低单一模型的过拟合风险,如 Bagging 方法。

  • 降低"欠拟合"风险的方法

    1. 添加新特征 。当特征不足 或者现有特征与样本标签的相关性不强时,模型容易出现欠拟合。通过挖掘"上下文特征""ID类特征""组合特征"等新的特征,往往能够取得更好的效果。在深度学习潮流中,Deep-crossing 帮助完成特征工程,如因子分解机、梯度提升决策树、Deep-crossing等都可以成为丰富特征的方法。
    2. 增加模型复杂度。简单模型的学习能力较差,通过增加模型的复杂度可以使模型拥有更强的拟合能力。例如,在线性模型中添加高次项,在神经网络模型中增加网络层数或神经元个数等。
    3. 减小正则化系数。正则化是用来防止过拟合的,但当模型出现欠拟合现象时,则需要有针对性地减小正则化系数。

参考文献:

《百面机器学习》 诸葛越主编

出版社:人民邮电出版社(北京)

ISBN:978-7-115-48736-0

2022年8月第1版(2022年1月北京第19次印刷)

相关推荐
artificiali2 小时前
Anaconda配置pytorch的基本操作
人工智能·pytorch·python
酱香编程,风雨兼程3 小时前
深度学习——基础知识
人工智能·深度学习
Lossya3 小时前
【机器学习】参数学习的基本概念以及贝叶斯网络的参数学习和马尔可夫随机场的参数学习
人工智能·学习·机器学习·贝叶斯网络·马尔科夫随机场·参数学习
#include<菜鸡>4 小时前
动手学深度学习(pytorch土堆)-04torchvision中数据集的使用
人工智能·pytorch·深度学习
拓端研究室TRL4 小时前
TensorFlow深度学习框架改进K-means聚类、SOM自组织映射算法及上海招生政策影响分析研究...
深度学习·算法·tensorflow·kmeans·聚类
程序员-杨胡广4 小时前
从0-1 用AI做一个赚钱的小红书账号(不是广告不是广告)
人工智能
AI进修生4 小时前
全新WordPress插件简化成功之路
人工智能·语言模型·自然语言处理
GG_Bond194 小时前
【项目设计】Facial-Hunter
服务器·人工智能
chnyi6_ya5 小时前
深度学习的笔记
服务器·人工智能·pytorch
知来者逆5 小时前
讨论人机交互研究中大语言模型的整合与伦理问题
人工智能·gpt·语言模型·自然语言处理·人机交互