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过拟合和欠拟合.md

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【关于 过拟合和欠拟合】那些你不知道的事

过拟合欠拟合脑图

一、过拟合和欠拟合 是什么?

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欠拟合和过拟合属于对立情况,都是导致模型泛化能力不高的两种常见原因,均是模型学习能力和数据复杂性失调的表现

二、过拟合/高方差(overfiting / high variance)篇

2.1 过拟合是什么及检验方法?

  • 问题表现方式:高方差
    • 如果 训练集 和 测试集 的 误差间 呈现较大的差异时,即为高方差;
    • 在 高方差 时,训练集 训练效果很好, 但是 验证集 的验证效果很差的时候, 即 训练集 和 验证集 呈现出 较大的差异,即模型的泛化能力差。这种现象 称为 过拟合;
  • 检验方法:此时,观察模型在训练集和测试集上的损失函数值随着epoch的变化情况,当 模型 在 测试集 上的 损失函数值 出现 先下降后上升,那么此时可能出现过拟合。

2.2 导致过拟合的原因是什么?

  1. 训练集数量不足,样本类型单一。例如:如果 我们 利用 只包含 负样本的训练集 训练 模型,然后利用训练好的模型 预测 验证集中 的 正样本时,此时就会出现,模型 在 训练的时候,效果特别好,但是在验证的时候效果下降问题。因此,在选取训练集时,应当覆盖所有的数据类型;
  2. 训练集中存在噪声。噪声指的是 训练数据中 的 干扰数据,噪声数据 会 误导模型 记录 较多 的 错误特征,而 忽略了 真实样本 中 的正确特征信息;
  3. 模型复杂度过高。当模型过于复杂时,会导致 模型 过于充分 的 学习到 训练数据集中特征信息,但是遇到没有见过的数据的时候不能够变通,泛化能力太差。我们希望模型对不同的数据都有稳定的输出。模型太复杂是过拟合的重要因素。

2.3 过拟合的解决方法是什么?

  1. 标注不同类型的样本,是 样本尽可能的均衡。数据经过清洗之后再进行模型训练,防止噪声数据干扰模型;
  2. 降低训练模型复杂度。在训练和建立模型的时候,从相对简单的模型开始,不要一开始就把特征做的非常多,模型参数挑的非常复杂;
  3. 正则化。在模型算法中添加惩罚函数来防止模型出现过拟合问题。常见的有L1,L2,dropout 正则化等。而且 L1正则还可以自动进行特征选择;
  4. 采用 bagging(如随机森林等)集成学习方法 来 防止过拟合;
  5. 减少特征个数(不是太推荐,但也是一种方法)。可以使用特征选择,减少特征数或使用较少的特征组合,对于按区间离散化的特征,增大划分的区间;
  6. 交叉检验。利用 交叉检验的方法,来让模型得到充分的训练,以得到较优的模型参数;
  7. 早停策略。本质上是交叉验证策略,选择合适的训练次数,避免训练的网络过度拟合训练数据;
  8. DropOut策略。核心思想就是bagging,可以看作是低成本的集成学习。所谓的Dropout指的是在用前向传播算法和反向传播算法训练DNN模型时,一批数据迭代时,随机的从全连接DNN网络中去掉一部分隐藏层的神经元。 在对训练集中的一批数据进行训练时,我们随机去掉一部分隐藏层的神经元,并用去掉隐藏层的神经元的网络来拟合我们的一批训练数据。使用基于dropout的正则化比基于bagging的正则化简单,这显而易见,当然天下没有免费的午餐,由于dropout会将原始数据分批迭代,因此原始数据集最好较大,否则模型可能会欠拟合。

三、欠拟合/高偏差(underfiting / high bias)篇

3.1 欠拟合是什么及检验方法?

  • 问题表现:高偏差
    • 如果 训练集 和 测试集 的 误差 收敛 但是收敛值 很高时,即为高偏差;
    • 虽然 训练集 和 测试集 都可以收敛,但是偏差很高,训练集和验证集的准确率都很低,这种现象 称为 欠拟合;
  • 检验方法:模型 无法很好的拟合数据,导致 训练集和测试集效果都不佳。

3.2 导致欠拟合的原因是什么?

  • 原因:模型没有 充分 学习到 数据中的特征信息,使得 模型 无法很好地拟合数据

3.3 欠拟合的解决方法是什么?

  1. 特征工程。添加更多的特征项,eg:特征组合、高次特征 等,来增大假设空间;
  2. 集成学习方法。 boosting(如GBDT)能有效解决 high bias;
  3. 提高 模型复杂度。当 所采用的模型比较简单,不能够应对复杂的任务。可以考虑 提升 模型复杂度,选用复杂度更好、学习能力更强的模型。比如说可以使用 SVM 的核函数,增加了模型复杂度,把低维不可分的数据映射到高维空间,就可以线性可分,减小欠拟合;
  4. 减小正则化系数。

参考资料

  1. 为什么PCA不被推荐用来避免过拟合?