D1第 2 / 6 节 · 约 40 分钟

回归与分类模型:输出、损失与泛化

本节目标
  • 解释线性回归与逻辑分类的输出
  • 区分欠拟合、过拟合及独立验证

同一输入可以服务不同目标

积木数量和练习次数既能预测分钟数,也能预测十分钟内是否完成,但两种输出不一样。线性回归把特征加权求和再加固定项,直接输出数值,例如十块、练习两次得到五分钟。它易于解释,适合先检查固定增量关系,但可能给出负用时或无法表达复杂弯曲。分类需要输出类别或类别分数,不能直接把回归数值叫概率。先确认标签定义,再讨论模型表达能力,避免因为某个算法名字熟悉就用错任务。

逻辑分类把分数映射到概率范围

逻辑回归名字里有回归,常用于二元分类。它先计算加权分数,再通过一种平滑函数把数值压到零到一之间,常叫逻辑函数或Sigmoid。分数零对应概率零点五,分数约一点一对应约零点七五,负一点一对应约零点二五。这里不要求推导指数公式,只需理解模型把线性分数转换成概率形式。概率形式不代表已经校准,也不代表准确率;还要用真实标签检查相近分数组的实际比例,并设定分类阈值。

训练目标与最终评价可以不同

回归常用平方误差作为训练损失,它会更重地惩罚较大偏差。若预测四、七、九,实际五、五、十,绝对误差为一、二、一,平均绝对误差约一点三三分钟;平方误差为一、四、一,均值为二。分类常使用交叉熵训练,让模型提高真实类别概率,最终可以按精确率、召回率与阈值评估。损失便于优化,指标便于回答使用问题,两者不一定相同。比较方案前应把指标与单位固定,而不是事后挑成绩最好看的指标。

欠拟合与过拟合的直觉

欠拟合是模型表达能力或训练不足,连训练样本中的主要规律都没学好,例如所有任务都预测同一个数却忽略明显难度差异。过拟合是模型过度适应训练中的细节和偶然噪声,训练表现很好,新样本却变差。例如给每个尝试编号单独记一个用时,对旧编号完美,对新编号无帮助。可以比较训练与验证误差的差距作为线索,但差距大也可能来自分布变化或泄漏等问题,不能只凭一张曲线机械下诊断。

控制复杂度仍需回到数据

减少无关特征、限制模型复杂度、使用正则化或增加更有代表性数据,都可能改善泛化。正则化是在训练目标中限制某些复杂设置,不是直接删除一切负权重,也不保证所有真实关系都能学到。对小数据应从简单模型开始,用验证集检查改进,最后在未参与选择的测试集评估。需要特别关注模型在哪类任务偏差最大,以及部署时能否获得同样字段。模型名称只说明一种工具,数据条件与评估证据才决定它是否适合当前问题。

本节要点

  • 连续用时与二元完成需使用不同输出解释
  • 逻辑回归常用于分类,概率仍要检验
  • 训练误差和验证误差共同帮助判断泛化

动手练习:比较数值误差并审核过拟合

  1. 列实际用时五、五、十与预测四、七、九
  2. 计算三个绝对误差及平均值
  3. 计算三个平方误差及平均值
  4. 说明为何平方误差更重视较大偏差
  5. 审核按尝试编号记住全部标签的方案,说明新编号的风险

自查清单

  • 平均绝对误差与平方误差正确
  • 平方误差单位不混淆
  • 说明记编号不等于学习可泛化规律
先自己做,再查看参考答案

实际减预测得到一、负二、一,绝对误差为一、二、一,平均为四除以三,约一点三三分钟。平方误差为一、四、一,平均为二分钟平方,不能把它直接称为两分钟平均误差。平方让二的偏差变成四,而一仍为一,因此更强调较大偏差。按尝试编号记住标签可以让旧记录误差为零,却没有学习能用于新任务的关系,是过拟合的典型风险。应使用开始前有意义的特征,并在没有见过的角色或批次上验证,同时和训练中位数等简单基线比较。

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