【漫话机器学习系列】242.欠拟合（Underfitting）
欠拟合（Underfitting）全面解析：原因、表现与解决方案
本文详细解读深度学习与机器学习中的欠拟合现象，结合直观图示，探讨其成因与实用解决方法，助力你构建更优秀的模型！
一、什么是欠拟合？
在机器学习中，当模型无法充分捕捉训练数据中的潜在模式时，就会发生欠拟合（Underfitting）现象。
简单来说，欠拟合的模型在训练集上的表现就已经很差，自然无法在测试集上有好的效果。
如上图所示，一条红色的直线勉强穿过了稀疏的样本点，但显然未能合理拟合数据的实际分布。这就是典型的欠拟合模型。
关键词：
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高偏差（High Bias）
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低复杂度
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学习不足
二、欠拟合的表现
欠拟合通常表现为：
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训练误差高，测试误差也高。
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无论训练多少轮次，训练准确率始终无法提升。
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预测输出呈现过于简单的模式（例如用线性函数拟合明显非线性的数据）。
图中红线代表的拟合曲线明显偏离了数据的真实分布，说明模型过于简单，无法学习到数据内部的复杂关系。
三、为什么会发生欠拟合？
造成欠拟合的原因可能包括：
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模型过于简单
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例如，用线性回归去拟合复杂的曲线数据。
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特征不足或特征处理不当
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输入特征无法提供足够的信息支撑学习。
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训练不充分
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训练轮数太少，学习率设置不合理。
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过强的正则化
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正则化项太强，会抑制模型的拟合能力。
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数据质量问题
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脏数据、噪声数据或异常值过多影响学习。
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四、欠拟合的解决方案
在图中，Chris Albon和译者总结了常见的解决欠拟合的方法，具体包括：
1. 数据层面
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清洗数据
移除异常值、修正错误数据、规范化处理，确保输入数据的质量。
2. 特征层面
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增加特征数量
引入更多有意义的特征（如多项式特征、交互特征）来丰富模型输入。 -
去除噪声特征
删除无关或者误导性的特征，提升有效特征占比。
3. 模型层面
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降低正则化强度
调小L1、L2正则项的系数，让模型有更大的自由度拟合数据。 -
采用更复杂的模型
选择更高阶、非线性的模型，比如决策树、神经网络等。 -
集成多个模型
通过集成方法（如Bagging、Boosting）提升模型的整体表现。
五、实际应用中的经验
在实际项目中，处理欠拟合时可以遵循以下流程：
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观察训练集性能
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如果训练集准确率低 → 可能是欠拟合。
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尝试提升模型容量
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使用更复杂的模型结构（如增加层数、节点数）。
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丰富特征工程
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特征构造往往比单纯换模型效果更好。
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调参，减少正则化力度
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尝试减小L2正则权重或Dropout率。
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延长训练时间
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适当增加训练轮次（epoch数）。
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六、总结
欠拟合（Underfitting）是深度学习和机器学习训练中常见的挑战之一。
通过合理调整数据、特征和模型结构，可以有效缓解欠拟合，提升模型在训练集与测试集上的表现。
记住，欠拟合主要是高偏差问题，要解决偏差，就需要让模型有更强的拟合能力。
七、参考资料
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Chris Albon — [Machine Learning Flashcards]
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Ian Goodfellow — [Deep Learning Book]
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Andrew Ng — [Machine Learning Course (Coursera)]
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