【机器学习300问】17、什么是欠拟合和过拟合？怎么解决欠拟合与过拟合？

        一个问题出现了，我们首先要描述这个问题，然后分析问题出现的原因，找到原因后提出解决方案。废话不多说，直接上定义，然后通过回归和分类任务的例子来做解释。

一、什么是欠拟合和过拟合？

（1）欠拟合的定义

        欠拟合（Underfitting）指的是模型在训练过程中未能捕捉到数据集中的有效规律或模式，导致模型过于简单，无法正确预测结果。

（2）过拟合的定义

        拟合（Overfitting）是指模型在训练集上表现很好，但在测试集（未见过的数据）上性能表现很差。也就是说，模型“过度学习”了训练数据，把数据中的噪声也学习了进来，导致它失去了对未来数据的预测能力。

（3）良好拟合的定义

        良好拟合指的是模型在训练集上有较低的误差，同时在测试集上也有很好的表现。也就是说，模型既没有过度地学习训练数据中的噪声，也成功捕获了数据的规律或模式，以至于能进行准确的预测。这就需要在模型的复杂性和简单性之间找到一个恰当的平衡。

注：噪声（这里只说在输入数据中）就是一些无法对你要解决的任务比如回归任务起作用的输入值，它是数据误差或异常值。

二、造成欠拟合与过拟合的可能原因？

（1）造成欠拟合的可能原因

• 模型过于简单：模型结构过于简单，例如线性模型对于复杂非线性数据的拟合，模型就可能无法捕获到数据中的所有关系
• 特征选择不当：学习算法的复杂度不足，例如特征无法很好地代表预测的目标变量，或者特征数量太少
• 训练时间不足：如果模型的训练时间不足，或者训练步骤太少，那么模型可能还没有足够的机会“学习”到数据中的规律
• 学习率设置不合理：导致模型没有充分学习数据集的特性

（2）造成过拟合的可能原因

• 模型过于复杂：模型的复杂度远高于数据本身的复杂度，模型可能会“学习”到数据中的噪声，而没有捕获到真正的规律
• 训练数据量不足：训练数据量相对模型复杂度过小，使得模型有机会过度学习训练数据中的噪声或特殊情况
• 数据噪声过大：模型可能会错误地将这些噪声视为有效的信号进行学习

三、怎么解决欠拟合与过拟合问题？

（1）解决欠拟合问题的方法

• 增加模型复杂度：用更多的特征量和参数去构建模型
• 增加新特征：通过特征工程构建更多有意义的特征，增强模型对数据的表达能力
• 增大学习率：适当提高学习率，让模型更快地遍历参数空间，寻找更好的拟合效果

（2）解决过拟合问题的方法

• 增加训练样本：这有助于模型的泛化能力，并且可以防止模型记住所有单个样本
• 进行特征选择：只选择最合适的特征进行训练，但缺点是模型选择性的丢失了训练集的细节
• 正则化：如L1或L2正则化，可以惩罚模型中大的参数值，限制模型的复杂度的同时又保证具有训练集的所以细节