机器学习之版本空间(version space)算法

版本空间

今天来聊聊机器学习中的一个概念: version space, 中文翻译中,有‘变形空间’和‘版本空间’两种说法,这里沿用周志华老师在西瓜书中的使用到的术语,称之为‘版本空间’。版本空间指的是在学习过程中,与已知数据集一致的所有假设(hypothesis)的子集集合。通常用于对内容进行收敛。

版本空间算法

前面说到版本空间通常用于对学习内容进行收敛,而版本空间算法实际上是指:
对于所有需要学习的训练集:
如果给定的训练集是正例,那么泛化当前的特化模型使得其包含该正例,同时剔除不能包含该正例的泛化模型;
如果给定的训练集是负例,那么特化当前所有的的泛化模型来包含这个负例,同时剔除无法包含这个负例的特化模型;
删除任何可以被其他模型描述的模型
直到特化模型与泛化模型相同时,我们想要寻找的版本空间就诞生了

举例

以上纯概念的讲述可能有点难以理解,以一个实例来讲:
想象某天你在餐馆吃饭后过敏了,你不知道是什么原因导致的,计过敏为正例(图中以绿色线框表示),不过敏为负例(图中以红色外框表示),你的情况是:
‘小波餐馆
早餐
周五
价格便宜’
那么我们可以提炼出相应的特化模型和泛化模型,分别表示可能过敏的最特化模型和最泛化模型:


图1

接下来来了第二位客人,他也过敏了,根据他的情况,结合前面提到的版本空间算法,每新增一个正例,我们对特化模型进行泛化,第二个正例中,与第一个正例不同的是时段,我们对时段进行泛化,得到新的特化模型


图2

接下来来了第3位客人,他没有过敏,是负例,根据版本空间算法,新增负例,我们对泛化模型进行特化,因为负例的存在说明并不是在任何餐馆、任何时段、任何日期、任何价格的情况下都会导致过敏,肯定是有一定约束的:


图3

同时,我们将泛化模型中不包含已存在的特化模型(即‘任何餐馆,早餐,任何日期,任何价格’)和包含了负例(即‘任何参观,任何时段,任何日期,便宜’)的泛化模型剔除,那么得到:
图4

接下来也是一样的操作,随着正例和负例的增多,最后特化模型和泛化模型会倾向于相等,到那一步,我们要寻找的版本空间也就出现了。
大家感兴趣的还可以参考周志华老师西瓜书中的第5页,里面以西瓜为例,也讲解了版本空间的运用

版本空间的不足

版本空间通常用于收敛内容,但是,它同样存在限制,比如说在只存在正例或者只存在负例的情况下,算法就没有办法很好地被运用了

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