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机器学习概论

NFL定理#

No Free Lunch Theorem:天下没有免费的午餐

我们计算一个学习算法La\mathcal{L}_a的“训练集外误差”,有

Eote(La∣X,f)=∑h∑x∈X−XP(x)I(h(x)≠f(x))P(h∣X,La)\begin{aligned} E_{ote}(\mathcal{L}_a|X,f)=\sum_{h}\sum_{x\in\mathcal{X}-X}P(x)\mathbb{I}(h(x)\ne f(x))P(h|X,\mathcal{L}_a) \end{aligned}

如果对于所有真实目标函数ff求和,则有

∑fEote(La∣X,f)=∑f∑h∑x∈X−XP(x)I(h(x)≠f(x))P(h∣X,La)=∑x∈X−XP(x)∑hP(h∣X,La)∑fI(h(x)≠f(x))=∑x∈X−XP(x)∑hP(h∣X,La)122∣X∣=122∣X∣∑x∈X−XP(x)∑hP(h∣X,La)=122∣X∣∑x∈X−XP(x)\begin{aligned} \sum_f E_{ote}(\mathcal{L}_a|X,f)&=\sum_f\sum_h\sum_{x\in \mathcal{X}-X}P(x)\mathbb{I}(h(x)\ne f(x))P(h|X,\mathcal{L}_a)\\ &=\sum_{x\in\mathcal{X}-X}P(x)\sum_hP(h|X,\mathcal{L}_a)\sum_f\mathbb{I}(h(x)\ne f(x))\\ &=\sum_{x\in \mathcal{X}-X}P(x)\sum_hP(h|X,\mathcal{L}_a)\frac{1}{2}2^{|\mathcal{X}|}\\ &=\frac{1}{2}2^{|\mathcal{X}|}\sum_{x\in \mathcal{X}-X}P(x)\sum_hP(h|X,\mathcal{L}_a)\\ &=\frac{1}{2}2^{|\mathcal{X}|}\sum_{x\in \mathcal{X}-X}P(x)\\ \end{aligned}

我们可以看到,总误差与学习算法无关,也就是说,对于任意两个学习算法La\mathcal{L}_a,Lb\mathcal{L}_b,无论看上去La\mathcal{L}_a多复杂,多聪明,在期望的意义下,他们的性能是相同的。(也就是说,随便瞎猜和复杂推导一样,不学了 (*`皿´*)ノ )


尝试证明AUC计算公式#

排序损失lrank\mathcal{l}_{rank}被定义为

lrank=1m+m−∑x+∈D+∑x−∈D−(I(f(x+)<f(x−))+12I(f(x+)=f(x−)))\begin{aligned} \mathcal{l}_{rank} = \frac{1}{m^+m^-}\sum_{x^+\in D^+}\sum_{x^-\in D^-}\left(\mathbb{I}(f(x^+)<f(x^-)) + \frac{1}{2}\mathbb{I}(f(x^+)=f(x^-))\right) \end{aligned}

对于一个ROC图,我们有如下关系:

AUC=1−lrank\text{AUC}=1-\mathcal{l}_{rank}

(代入理想模型和随机模型,发现是对的。。)

机器学习概论
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作者
LULU
发布于
2022-09-16
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0