机器学习西瓜书啃书笔记—模型评估与选择(2)
机器学习啃书笔记——模型评估与选择
磨磨唧唧的我又来写笔记了，这十多天因为项目需要，所以就托下了。比赛项目就是设计一款嵌入式AI小车，简单说一下就是小车识别虫害，将虫害信息上传至服务器最后进行可视化，其中还包括简单的电路设计，历经艰辛万苦终于完成了。哈哈哈哈 还是开始写笔记吧！(≧︶≦))(￣▽￣ )ゞ
一、经验误差与泛化误差
1、经验误差（训练误差）
模型在训练集上的误差称为“经验误差”（empirical error）或
“训练误差”（training error）。
2、泛化误差：模型在新样本集（测试集）上的误差称为
“泛化误差”（generalization error）。
二、拟合
在统计学中，拟合指的是你逼近目标函数的远近程度。机器学习也是一样
的，因为监督式机器学习算法的目标也是逼近一个未知的潜在映射函数，其把
输入变量映射到输出变量。统计学通常通过用于描述函数和目标函数逼近的吻合
程度来描述拟合的好坏。
1）过拟合与欠拟合
| 过拟合(Overfitting) | 过拟合是指训练误差和测试误差之间的差距太大。换句换说，就是模型复杂度高于实际问题，模型在训练集上表现很好，但在测试集上却表现很差。 |
| 欠拟合(Underfitting) | 欠拟合是指模型不能在训练集上获得足够低的误差。换句换说，就是模型复杂度低，模型在训练集上就表现很差，没法学习到数据背后的规律。 |
举个栗子(如西瓜书上的树叶)：
训练数据<树叶>
模型<学习器>
新树叶样本
过拟合
误将带有锯齿的认为树叶必有的特征
欠拟合
将绿色的东西都认为是树叶
① 过拟合：
1、交叉检验，通过交叉检验得到较优的模型参数;
2、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;
3、正则化，常用的有 L1、L2 正则。而且 L1正则还可以自动进行特征选择;
4、如果有正则项则可以考虑增大正则项参数 ;
5、增加训练数据可以有限的避免过拟合;
② 欠拟合：
欠拟合基本上在训练模型开始的时候,部分决绝办法如下：
1、适当的增加训练次数，
2、增加网络的复杂程度和增加特征以来增大假设空间。
3、尝试使用非线性模型
4、使用较小的正则项参数
三、评估方法
如何合理的规划数据集。测试集应该与训练集互斥:
1) 留出法
简单的说就是将数据集划分成互斥的两个集合。存在多个类别那就是每个类别都
按照一定的比例分,常见做法是将大约2/3~4/5的样本用于训练,
剩余样本用于测试.
2) 交叉验证
简单来说就是将一个数据集划分成K份，分别为取均值的没每次将数据集
划分成相应的等份如下图：
DataSet
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9
如取出其中的D0-08为训练，D9为测试集，得出模型的泛化能力M0，后再取出
其中的D0-D7+D9为训练集，D8为测试集，得出模型得泛化能力为M1。诸如此类，得
出M0-MK各个模型的泛化能力，后再将(M0-MK)/K得出模型的均值，通过确定均值
来选着模型。我用的是用10次来进行举例。
3) 自助法
自助法则为，每次从模型中复制抽取一部分作为模型的补充数据，从而使得
数据集得到扩充，这样的方法适用于数据集中样本数量较小，相对于深度学
习来说，使用自助法有点鸡肋。
4) 调参与最终模型
这里引入了验证集，在啃书笔记一中写了验证集是用来做什么的。
调参 ：
1、学习率衰减：
采用不同得优化器（optimizer），则学习率也不同（adaptive learning rate）
2、设置batch_size：通常batch_size:为1、2、4、8、16、32、64、128、256 ...
3、Epochs：可以利用early stopping 来提前终止模型得训练。
（调参还有许多种方法，并且还得要看自己得硬件设施，一些参数设置得过大计算机
会提示内存不足等问题，而设置得过大或过小，则会导致模型存在欠拟合或过拟合）
四、性能度量
性能度量就是对模型得泛化能力得评价标准。
回归任务中用的最多得就是“均方误差”（mean squared error）如上图
公式的理解也很简单：
就是给定一个测试集其中存在着真实标签y，用模型预测的值f(x)减去真实
标签y，再除以该数据集中m个样本就得出去均方误差。
1）错误率(error)与精度(accuracy)
错误率：分类错误的样本数量占全部样本的数量的比值
精度：用1减去错误率的则为精度。
2）查准率、查全率与F1
在学习查准率和查全率的时候也被搞的晕头转向，(/▽＼)哭了！
| 真实情况 | 预测结果 | |
|---|---|---|
| 正例（7个） | 反例（3个） | |
| 正例（6个） | ①TP(真正例) （5个） | ②FN(假反例)（1个） |
| 反例（4个） | ③FP(假反例)（2个） | ④TN(真反例)（2个） |
这里用一个例子来说明一下
假设真实结果中有6个是正例，4个是反例，而模型的预测结果中正例为7个，
反例为3个，该模型的真正例：5个 假反例：1个 真正例：2个 真反例：2个
则由以下公式计算得出P = 5/7 R = 5/6
P： 查准率
R: 查全率
查全率与查准率两者互斥，但是实际上是伴随着阈值变化而波动的，阈值
设定的不同P和R也不同。
上图中幼A、B、C三种模型，如何比较三种模型的性能呢？
西瓜书介绍了当一个学习器的曲线被另一个学习器的曲线包裹时候，则第二个
学习器的性能优于前一个的。因此可以推出上图A>B, B>C 。但是在学习器存在着
交叉着无法判断出。A>B?
因此书中引入了平衡点（BEP），即查全率（P）= 查准率（R）通过上图可知C的
BEP为0.64 因此判断A>B。因此得出A>B>C。（似乎可以通过积分的方式计算面积
来判断模型性能）
当然单纯的依靠P和R来判断模型的性能还是过于简单了点，书中还采用了F1度
量来进行考察。
3）ROC与ACC
ROC 与ACC书中就解释了一点点，看的还是晕头撞向的，最后还是看了视频才
理解了一点。
ROC曲线：接收者操作特征曲线（receiver operating characteristic curve）
是反映敏感性和特异性连续变量的综合指标，roc曲线上每个点反映着对同一信号刺
激的感受性。ROC空间将伪阳性率（FPR）定义为 X 轴，真阳性率（TPR）定义为 Y 轴。
TPR：在所有实际为阳性的样本中，被正确地判断为阳性之比率。
TPR=TP/(TP+FN)
FPR：在所有实际为阴性的样本中，被错误地判断为阳性之比率。
FPR=FP/(FP+TN)
给定一个二元分类模型和它的阈值，就能从所有样本的（阳性／阴性）真实
值和预测值计算出一个 (X=FPR, Y=TPR) 座标点。
从 (0, 0) 到 (1,1) 的对角线将ROC空间划分为左上／右下两个区域，在这条
线的以上的点代表了一个好的分类结果（胜过随机分类），而在这条线以下的
点代表了差的分类结果（劣于随机分类）。
完美的预测是一个在左上角的点，在ROC空间座标 (0,1)点，X=0 代表着没有伪
阳性，Y=1 代表着没有伪阴性（所有的阳性都是真阳性）；也就是说，不管分类
器输出结果是阳性或阴性，都是100%正确。一个随机的预测会得到位于从 (0, 0)
到 (1, 1) 对角线（也叫无识别率线）上的一个点；ROC会随着阈值threshold调
整，ROC坐标系里的点也会随着移动
emmmmm这一段来源于维基百科，哈哈哈哈文章的搬运工！
AUC通常可以理解为一个概率的值，当随机挑选一个正样本以及一个负样本，当前的分类
算法根据计算得到的分值（score）将这个正样本排在负样本前面的概率就是AUC值。
AUC值越大，当前的分类算法越有可能将正样本排在负样本前面，即能够更好的分类。
从AUC判断分类器（预测模型）优劣的标准：
AUC = 1，是完美分类器，采用这个预测模型时，存在至少一个阈值能得出完美预测。
绝大多数预测的场合，不存在完美分类器。
0.5 < AUC < 1，优于随机猜测。这个分类器（模型）妥善设定阈值的话，能有预测
价值。
AUC = 0.5，跟随机猜测一样（例：丢铜板），模型没有预测价值。
AUC < 0.5，比随机猜测还差；但只要总是反预测而行，就优于随机猜测。
书中的2.4 小结涉及了一些概率论中的 二项分布，t分布和偏差和方差等知识，我也就理解了一部分。迷迷糊糊的。概率论大二学的。现在大四了忘都快忘光了。哎ψ(._. )>
然后昨天还看见一个研究生来我们学校应聘，我从老师手里看了他的简历，觉得简历上有些东西没有必要写在上面，什么篮球比赛什么什么的，觉得完全没有必要。
所以还是好好读书，早日打工，打工人，打工魂，冲！(≧︶≦))(￣▽￣ )ゞ