统计学习方法-第1章统计学习方概论

这本书主讲的内容包括:

1.统计学习的定义、研究对象与方法;

2.监督学习

3.统计学习方法的三要素:方法=模型+策略+算法

4.介绍模型选择,包括正则化、交叉验证与学习的泛化能力

5.介绍生成模型与判别模型

6.监督学习方法的应用:分类问题、标注问题、回归问题

1.1 统计学习

1.统计学习的目的:考虑什么样的模型、如何学习该模型、尽可能优化模型提高效率

2.假设空间:假设要学习的模型的属于某个函数集合,学习模型是H(x)

3.统计学习方法的步骤:得到有限的训练数据集合、确定包含所有模型的假设空间、确定模型的选择准则,即学习方法、实现求解最优模型的算法,即学习的算法、通过学习算法选择最优模型、利用最优模型最数据进行预测和分析。

1.2监督学习

4.特征空间:输出的实例由特征向量表示X=(x1,x2,...,xn),特征向量存在的空间是特征空间

5.回归问题:输入变量和输出变量均为连续变量的预测问题

6.分类问题:输出变量为有限个离散变量的预测问题

1.3统计学习的三要素

7.模型:假设空间

8.策略:引入损失函数或代价函数的概念

             (1)损失或者代价函数:度量模型的一次预测的好坏

             (2)风险函数:度量平均意义下模型的好坏  

             (3)经验风险:模型f(x)关于训练数据集的平均损失

9.经验风险最小化与结构风险最小化

             (1)经验风险最小化:平均损失最小,模型达到最优化

             (2)结构风险最小化:经验风险最小化+惩罚项(防止过拟合)

1.4模型评估与模型选择

10.测试误差:当损失函数给定时,基于损失函数的模型的测试误差(测试样本)

11.训练误差:当损失函数给定时,基于损失函数的模型的训练误差(训练样本)

(两者都需要确定下来损失函数)

12.过拟合:意为追求提高训练数据的预测能力,所选模型的复杂度则往往比真模型高。为了防止过拟合我们引入惩罚项,使高次项减少来降低模型的复杂度。

1.5正则化与交叉验证

13.正则化:正则化是结构风险的最小化策略的实现,即结构风险=经验风险+正则化

正则化项可以是参数向量化的L2范数或者L1范数:

14.交叉验证:训练集、验证集、测试集

                       (1).训练集:训练模型

                       (2).验证集:用于模型的选择

                       (3).测试集:用于对最终方法的评估

1.6泛化能力

15.学习方法的泛化能力:是指由该方法学习到的模型对未知数据的预测能力。

16.泛化误差:所学习到的模型的期望风险

17.泛化误差上界的性质:

                      (1)样本容量增加,泛化误差上界趋于0(这样泛化能力越强);

                      (2)假设空间容量越大,模型越难学,泛化误差上界也越大;

1.7生成模型和判别模型

18.监督学习方法:生成方法和判别方法

                               生成方法->生成模型

                                判别方法->判别模型

生成模型:数据学习联合概率P(X,Y)然后求出条件概率作为预测的模型(NB、HMM)

判别模型:直接学习决策函数f(x)或者条件概率p(y|x),关心的是给定的x预测输出什么样的y(KNN SVM、logist、感知机、DT)

1.8分类问题    

        重点关注2分类问题

1.9标注问题

        标注问题也是监督学习问题。标注问题的输入是观测序列,输出是标记序列或者状态序列。

        详述见书20页

2.0回归问题

        学习系统和预测系统

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