“CV+将留一改为等大折删除,K=n时更新式恢复为式(1)。本页覆盖定理只需有限可交换性,CV+页为证明一般折数的保证使用IID数据,两个统计前提仍须分别保留。K较小时拟合次数减少,但折内点之…”
交叉验证能让每条历史数据都接受一次样本外预测。CV+将这些预测用于区间构造,但不会把高度重叠的折外模型当成独立实验。它与留一版本的区别,会在可用模型数和最坏覆盖修正中同时出现。
形式陈述
预先固定等大折
沿用交叉验证的隔离协议。取整数
记 k(i)为第i点所在折,
固定
并仍约定0阶下端为负无穷、n+1阶上端为正无穷。以下有限样本保证成立:
右端若为负,只是一个没有信息的下界。这里证明一项透明的保守保证,不声称它是最锐常数。K=n时 m=1,修正项为零,算法严格变成Jackknife+。
直觉
同一折里的每个点都被同一模型排除。若只问它们的残差,就没有“为这两个点单独删去相同对象”的跨位置比较。证明因此将测试点补成一整折,再让折与折交换、折内位置交换。它保留的对称性少于任意位置置换,却仍足以使每个位置有同样的异常概率。
补足未来折,但不要求程序读取它
为了证明,可以在真实测试点旁再生成 m−1 个独立同分布未来点。现在共有
对不同折中的 i,j,删去它们所在的两整折,拟合
同折位置直接规定
这些额外点只存在于概率证明。推断程序仍只读取 n 条历史数据与一个新输入。
例子与边界
同一份四点资料,两次拟合替代四次
响应为
残差和端点为
因此式(1)给
这不是声称实际覆盖等于13/30,而是提醒小样本下该统一界可能很松。不能把实际打印出的“80%区间”当成已证明至少80%的标签。
并列、折数与数据依赖划分
同样的输出分位数仍使用 n+1,而非 K+1。参与端点列表的是 n 个带重数的样本残差,不是 K 个独立折均值。把每折先平均成一个残差,再套相同公式,会得到另一个算法。
定理的等大折要求 n被K整除。不等大折、按标签分层、按误差聚类后切折,都需要重新建立所需置换结构,不能凭名称仍叫交叉验证就沿用式(2)。预测时间序列或按实体成组的资料,IID假设也可能不合适。
Jackknife+的有限n+1点可交换性已经足以支撑其证明;这里为生成完整额外折,明确采用IID样本。只有手中n+1维向量可交换,不保证它可以延拓到n+m维,不能把这份证明偷偷用于任意有限可交换向量。
推论与应用
折内未比较项怎样产生修正
令
若s>0,每个异常点在其他折的n个比较中,至多有n−t次不赢。S中跨折的无序点对至少贡献一次不赢;同折点对则不参加比较。因此
因为每个
当右端为负时不可能存在非空S;空集单独处理即可。又因
总有
只使用保留折结构的对称性
IID数据保证增广样本可交换,但H的定义还使用折。故这里只允许整体交换等大折,以及在各折内置换位置。这些置换保持“两个位置是否同折”的关系,拟合对排列不变,所以H的联合律在相应同行同列置换下不变。
这组置换仍能把任意一个位置送到另一个位置:先交换所在折,再作折内置换。因此各点属于S的概率相同,
若真实测试响应超出式(1)上端,至少t个历史端点低于它;若低于下端,也至少有
训练需K次规模n−m的拟合及n次残差评价。每个新输入只需求K个模型值,再展开对应n个端点并排序,成本
已有交叉验证估计训练流程风险;CV+则用对应残差和新点模型值构造预测集合。二者复用同一切分协议,却输出不同统计对象。若需要更高的名义最坏覆盖,应按式(2)反解内部α并检查它是否为正,再确定有限端点是否可能出现。
参考资料
- Rina Foygel Barber, Emmanuel J. Candès, Aaditya Ramdas, Ryan J. Tibshirani,Predictive Inference with the Jackknife+,2021,§3 Theorem4(b)及AppendixB.2.2(所阅作者稿PDF第34–36页)。本文完整写出该项修正、等大折的传递置换与未比较点对的计数,不混入需另证的另一项更锐界。