Lecture 4:Feasibility of Learning

现在我们想这么一个问题:如下图所示,一个罐子里有很多弹珠,但是我们并不知道橙色的弹珠有多少,也不知道绿色的弹珠有多少。


假设bin内橙色弹珠的可能性为
\mu
,那么绿色弹珠的可能性就是
1-\mu
,其中
\mu
是未知的。
从bin内随机取出一个样本,假设样本内橙色弹珠的可能性为
\nu
,那么绿色弹珠的可能性就是
1-\nu
,其中
\nu
是未知的。
那么
\nu
能否代表
\mu

我们先看一个公式:Hoeffding's Inequality

Hoeffding's Inequality


in big sample(N large),
\nu
is close to
\mu
(within
\epsilon
)
P[|\nu-\mu| > \epsilon] \leq 2 exp(-2{\epsilon}^2N)

the statement '\nu = \mu' is probably approximately correct(PAC)
Hoeffding不等式对于所有的
N
\epsilon
都有效,且与
\mu
无关,也就是说不需要提前知道
\mu
。因此
N
足够大或者
\epsilon
足够小时,
\nu \approx \mu
就会成立。


Connection to Learning

将bin内的弹珠求颜色可能性问题对比于机器学习:


那么当
N
i.i.d. x_n
足够大的时候,就能通过已知的
h(x_n) \neq y_n
(从样本学习的
h(x_n)
)推出未知的
h(x) \neq f(x)

现在我们用
E_{in}(h)
表示in-sample error(也就是
\nu
)用
E_{out}(h)
表示out-sample error(也就是
\mu
)。
for any fixed h,in big 'data' (N large),
E_{in}(h)
is probably close to
E_{out}(h)
(within
\epsilon
)
P[|E_{in}(h)-E_{out}(h) |>\epsilon] \leq 2 exp (-2 \epsilon ^2N)

Note:if 'E_{in}(h) \approx E_{out}(h)' and 'E_{in}(h)is small'\Rightarrow'E_{out}(h)'is small\Rightarrow'h \approx f'with respect to P

然而,以上所述在真实环境下也真成立吗?

Connection to Real Learning

如果在某个数据集D上,E_{in}(h)E_{out}(h)相差很大,那么这个数据集D就是一个BAD Data

BAD Data for many h

那么对于M个假设(hypothesis),
P_D(BAD
D)
上界是多少呢?

也就是说,
|H|
即假设集(a set of hypothesis)的大小为M(M是有限的),并且N足够大的时候,无论是什么learning algorithm,
E_{in}(h) \approx E_{out}(h)

当某个learning algorithm
g
能使得
E_{in}(g) \approx 0
,根据PAC(probably approximates correct)能够推出
E_{out}(g) \approx 0

那么,Learning Flow如下图所示:
Learning Flow

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