二元分类,机器学习为什么可行?

背景

为什么我们说机器学习一定能从我们数据集中学到东西,有无理论证明?

霍夫丁不等式

为了证明这个问题,于是有了霍夫丁不等式。

对于一个固定的假设 h,只要训练数据足够多(N 大),训练误差大概率接近真实误差。

问题

但这只能保证单个固定假设,而我们训练时会从假设集中选择表现最好的那个!

但是当前表现最好的就一定是最接近f(x)的吗?

好的h 总是相似的,不好的h各有各的不好

对于单个的h,我们无法确定其距离真实的f(x)相差多少,无法评判h的好坏。但是如果对于一群h(后续写作H),我们就能评判其好坏,因为好的h总是相似的,不好的h各有各的不好。

以一个笛卡尔乘积的形式列下来,只要有一个h在Di中犯了错,那么就认为最终的h all是坏的情况。所以我们可以得到:Ph_i <= Ph_all <= |H| * 2e(-2N(期望^2))。

其中:|H|所表达的意义就是所有可能的h的个数

不过:H****不是训练过程中选出来的,而是在训练之前就由模型架构确定的。

模型设计 = 设计****H ,模型训练 = 从H中选****h。VC维理论告诉我们如何根据数据量来设计合适的H,从而保证学习可行。

H****分类无限转有限

进一步推导,以线性分类器为例。

增加一个数据点则可以拿到四类曲线,我们可以归类出来了2^N这个指数级别函数了。分母指数级别递增增长,因此无上界限,所以我们无法确定这个坏事情发生的概率是否会随着N的增加而变小,所以我们要继续推导,能否把2^N****降级!

不等式右界降级

但其实我们继续往后推理,会发现其实并不会永远遵循2^N的规律,

往后继续推论我们可以知道这样的h个数是**不会超过N^(k-1)的,至此,我们已经证明了 霍夫丁不等式**式子是可行的了,**随着N****数据集的增多,我们训练出来的模型表现坏的概率就越小**

最后得到式子如下,记住结论即可。

**VC **维

对于线性分类器(d维):dVC=d+1

VC维的深刻意义

d是空间维度

上图中,在d+2组之前,存在某种情况可以使得所有的向量都是线性无关的(数学意义就是在整个空间中所有的点都能被d+2组之前的向量所表示),所以加入的d+2组数据,一定是能被目前空间中的数据所表示的,那么就表示这不是新的一类数据(也就无法被h函数所分割,无法产生新的h函数)。

d+1分别代表的含义如下

总结

因此,机器学习可行的充要条件是:

  1. 存在Break Point k(即VC维有限)

  2. 有足够多的数据N,使得指数衰减压倒多项式增长

Appendix

哔哩哔哩王木头

相关推荐
Zachery Pole15 分钟前
具身智能强化学习(1)引言
算法·机器学习
XMAIPC_Robot1 小时前
国产FPGA替代Xilinx在储能电力采集场景可行性评估与移植经验
人工智能·算法·机器学习·fpga开发·rk3588+fpga
只说证事1 小时前
计算机科学与技术专业投银行数据分析岗,需要补哪些业务知识?
数据挖掘·数据分析
具身AGI2 小时前
世界模型改当裁判,物理AI 物理推理 做判据
人工智能·深度学习·机器学习
临床数据科学和人工智能兴趣组2 小时前
自定义缩放范围在数据分析中的应用也不少,尤其是在处理特定类型的数据时
人工智能·数据挖掘·数据分析·r语言·r语言-4.2.1
for_ever_love__2 小时前
LangChain 时间加权检索:让‘最近的事‘更容易被想起
人工智能·语言模型·数据挖掘·langchain·向量·检索·时间加权
袖清暮雨2 小时前
机器学习之其他聚类(层次聚类+DBSCAN算法)
人工智能·机器学习·ai·聚类
小宋10212 小时前
Recursive Language Models 实战:递归处理超长外部文本
人工智能·深度学习·机器学习
2601_960356383 小时前
2027校招准备:应用统计学投零售运营管培生,如何把数据分析转化为业务能力
数据挖掘·数据分析·零售
Q26433650233 小时前
【有源码】基于Hadoop+Spark的低能见度易雾站点识别与可视化分析系统-面向气象保障的低能见度监测数据挖掘与风险画像系统
大数据·hadoop·数据挖掘·spark·毕业设计·课程设计·数据可视化