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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:高方差
    • 当训练集和测试集的误差之间有大的差距时,为高方差;
    • 当方差很高,训练集和验证集的准确率相差太多,应该是过拟合;
    • 表现为训练效果好,但是测试效果差,即模型的泛化能力差。可以通过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,如果是过拟合,模型在测试集上的损失函数值一般是先下降后上升。

2.2 导致过拟合的原因是什么?

  1. 训练数据太少,样本单一。如果训练样本只有负样本,然后拿生成的模型去预测正样本,这肯定预测不准。所以训练样本要尽可能的全面,覆盖所有的数据类型;
  2. 存在噪声。噪声指训练数据中的干扰数据。过多的干扰会导致记录了很多噪声特征,忽略了真实输入和输出之间的关系;
  3. 模型过于复杂。模型太复杂,已经能够死记硬背记录下了训练数据的信息,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. 增加样本,要覆盖全部的数据类型。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过拟合。常见的有L1,L2正则化。而且 L1正则还可以自动进行特征选择;
  4. 集成学习方法bagging(如随机森林)能有效防止过拟合;
  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,通过交叉检验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
    • 当训练集和测试集的误差收敛但却很高时,为高偏差;
    • 当偏差很高,训练集和验证集的准确率都很低,很可能是欠拟合;
    • 表现为不能很好的拟合数据,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:模型没有很好的捕捉数据特征,不能很好地拟合数据

3.3 过拟合的解决方法是什么?

  1. 做特征工程,添加更多的特征项,比如特征组合、高次特征,来增大假设空间。如果欠拟合是由于特征项不够,没有足够的信息支持模型做判断;
  2. 集成学习方法boosting(如GBDT)能有效解决high bias;
  3. 增加模型复杂度。如果模型太简单,不能够应对复杂的任务。可以使用更复杂的模型。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?