机器学习笔记(4)--林轩田机器学习基石课程

Feasibility of Learning

这一节课,探讨机器学习的可行性。
一开始,老师给出了一个例子,说机器学习并不能确保学习到的 g 近似等于 f


从上图我们可以看出来,即使我们能确保在我们手头上的 x 上,g 确确实实等于 f,但是,在data之外的数据,我们不能说 g≈ f,因为这里可能性的 f 有太多种了,无论 g 选其中的哪一个 f,adversarial teacher
都可以说你是错误的。

那么,难道机器就不能学习了吗?
其实,在一定的假设条件下,我们还是可以说, g≈f 的。

我们先来看一个定理不等式Hoeffding’s Inequality:


其中,v是独立同分布事件x_1,x_2,...,x_n平均值,也即(x_1+x_2+...+x_n)/n。而 u 是一个事件发生的期望。hoelfding 不等式告诉我们,当我的样本规模n取的足够大的时候,多个事件发生的平均就近似等于一个事件发生的期望。也就是说,vu 是大概率近似相等(PAC)的。
接下来,我们把 v 事件看成是 g(x)≠f(x) 这个事件。那么,只要当data规模足够大(D中的数据是独立同分布的),并且 v 要足够小,我们就可以说,不论在D中还是D外,都有 g(x)≠f(x) 并且这个事件发生的概率很小。也就是说,g≈f

但是以上我们都只考虑了一个hepothesis。 如果这个 hepothesis的g(x)≠f(x)发生的概率小还好,但是一旦它很大,我们选它就会很离谱。所以考虑多个hepothesis,让机器可以选择,才能避免这种情况。

BAD sampel:
看起来g(x)≠f(x) 在D中发生的很少,但是在D外却经常发生,所以选到这些sample就很不好。所以我们需要想办法去避免这些BAD sample吗?
我们可以从这看出:当我们选取M个时,改进的Heolfding不等式:


也就是说,当M有限时,坏的数据对于任意一个hepothesis来说,都是很小很小的,所以,PAC假设还是成立的。这时,我们只要选取一个看起来g(x)≠f(x) 发生概率最小的hepothesis作为 g 就可以了。

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