8.14 机器学习（1）

机器学习基础

一、什么是机器学习

定义：让计算机利用大量数据在特定任务上持续改进性能的过程，可以让任务完成的更好。

机器学习的领域很多。

二、机器学习基本术语

数据集、样本、特征（属性）、属性空间、向量表示、训练集（训练模型的数据集合，含标记信息）、测试集（测试模型的数据集合）

三、主要学习任务（以好瓜坏瓜为例子）

1. 监督学习：已知正确答案和参数，达到要求的学习过程。

   • 分类：输出的结果位有限，离散型（好瓜/坏瓜）。

   • 回归：输出某个范围内任何数值，连续型（房价预测）。

2. 无监督学习：提供数据集合，不提供有信息的学习过程。

   • 聚类：把样本按相似度分组。

   • 关联分析：尿布 → 葡萄酒推荐。

   • 

3. 集成学习

   ①结合多个弱学习器提升整体性能。

四、模型评估与选择

1. 误差

   1. 训练误差（经验误差）：在训练集上的误差。

   2. 泛化误差：在新样本上的期望误差。

   3. 错误率：错误的样本占样本总数的比例。

   4. 残差：实际预测输出与样本真实输出的差异。

2. 拟合状态

   1. 欠拟合：模型太简单，训练误差高。

      → 解决：增加特征、提高模型复杂度、减小正则化。

   2. 过拟合：模型太复杂，训练误差低但泛化误差高。

      → 解决：增数据、降维、正则化、集成学习。

   3. 损失函数：衡量模型预测误差大小的函数。（损失函数越小越好）

3. 评估方法

   1. 留出法：70 % 训练 / 30 % 测试，分层采样。

   2. k 折交叉验证：常用 10 折，取 k 次平均。

4. 性能指标（二分类）

   1. TP, FP, TN, FN

   2. 查准率 P = TP / (TP+FP)

   3. 查全率 R = TP / (TP+FN)

五、选择模型的原则

奥卡姆剃刀：在可解释数据的前提下选最简单模型。

没有免费午餐（NFL）：脱离具体任务谈算法优劣无意义。

机器学习=数据+算法+评估

用经验提升任务性能，警惕欠拟合与过拟合，通过交叉验证和性能指标选择最适合实际问题的简洁模型。