机器学习中常常会提到或者用到正则化项,在对目标函数求最优值时,常常通过L1,L2等正则化项来防止过拟合现象,对于正则化可以用来防止模型过拟合现象的问题,展开下讨论,加深理解。
先看着两句话
从1中可以看出,L1,L2正则化项可以认为是为模型导入了先验分布,对模型向量进行“惩罚”,从而避免单纯最小二乘问题的过拟合问题。正则化项本质上是一种先验信息,整个最优化问题从贝叶斯观点来看是一种贝叶斯最大后验估计,其中正则化项对应后验估计中的,损失函数似然函数,两者的乘积即对应贝叶斯最大后验估计的形式,如果你将这个贝叶斯最大后验估计的形式取对数,即进行极大似然估计,你就会发现问题立马变成了损失函数+正则化项的最优化问题形式。
1. 正则化就是对最小化经验误差函数上加约束,这样的约束可以解释为先验知识(正则化参数等价于对参数引入先验分布)。约束有引导作用,在优化误差函数的时候倾向于选择满足约束的梯度减少的方向,使最终的解倾向于符合先验知识(如一般的l-norm先验,表示原问题更可能是比较简单的,这样的优化倾向于产生参数值量级小的解,一般对应于稀疏参数的平滑解)。
2. 正则化解决了逆问题的不适定性,产生的解是存在,唯一同时也依赖于数据的,噪声对不适定的影响就弱,解就不会过拟合,而且如果先验(正则化)合适,则解就倾向于是符合真解(更不会过拟合了),即使训练集中彼此间不相关的样本数很少。
正则化 (regularization),常见的介绍方式是:解决 overfitting 最常用的办法就是 regularization 。
两个基本例子:ridge regression 与 LASSO (least absolute shrinkage and selection operator) 。
1. ridge regression :
采用L2 regularizer,使得模型的解偏向于 norm 较小的 W,通过限制 W 的 norm 的大小实现了对模型空间的限制,从而在一定程度上避免了 overfitting 。
不过 ridge regression 并不具有产生稀疏解的能力,得到的系数 仍然需要数据中的所有特征才能计算预测结果,从计算量上来说并没有得到改观。
2. LASSO :
采用L1 regularizer,它的优良性质是能产生稀疏性,导致 W 中许多项变成零。 稀疏的解除了计算量上的好处之外,更重要的是更具有“可解释性”。比如说,一个病如果依赖于 5 个变量的话,将会更易于医生理解、描述和总结规律,但是如果依赖于 5000 个变量的话,基本上就超出人肉可处理的范围了。