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定义Definition

高效 PAC 学习

施工中 · 内容逐步修订

Efficient PAC learning

在 PAC 统计保证之外,要求样本处理、运行时间与输出评价均为多项式。

形式陈述 ​

资源参数 ​

先固定概念的表示系统与样本访问协议。以 d 记录单个输入的编码长度,以 s 记录目标概念的允许描述长度;两者是不同参数。高效PAC 学习要求同一个学习器在 PAC 风险与置信保证之外,样本数和运行时间均为 d,s,1/ε,log⁡(1/δ) 的多项式。可以把公开规模上界 s 作为输入,或用相应的逐级搜索处理未知上界。输出的预测器还须有多项式长度,并能在新输入上按其编码长度与预测器长度高效求值。

直觉

实线阈值可排序扫描,在多项式时间返回 proper ERM。相反,有限 VC 维只控制信息量:它可保证某个信息论学习器存在,却不保证一致假设搜索、经验优化或输出表示高效。

定义必须注明计算模型。离散输入通常用 Turing/位复杂度;实值模型若把任意精度实数运算视为一步,会隐藏编码长度。Proper 与 improper 效率也可能不同,后者可用更易优化的表示绕过类内搜索。

样本复杂度多项式而运行时间指数的算法仍是 PAC 可学,但不是高效 PAC。反过来,训练程序运行快却没有统一风险保证,也不能仅凭工程速度称为高效可学习。

例子与边界

在 d 位输入上,单调合取式由所选变量子集确定,共有 2d 个。固定置信度时,一致学习的样本界是 O(d/ε);逐一枚举这 2d 个候选却可能耗费指数时间。这只是一个低效实现:从包含全部变量的合取式开始,删除在任一正例上为零的变量,就能在 O(md) 时间内得到一致的单调合取式。因此该类本身高效可学。若改为全部布尔真值表,候选数是 22d、VC 维是 2d,不能继续沿用前一个样本界。阈值类则可在比较模型中排序并扫描,使用 O(mlog⁡(m+1)) 次比较,预测只需一次比较;数值编码与比较的位成本另计。

“多项式于 1/ε”也排除了把所需精度按二进制位数误读。若输入直接给容差的二进制编码长度 k=log⁡(1/ε),多项式于 1/ε=2k 对编码长度仍是指数;计算学习理论通常有意采用精度参数的数值倒数作为资源尺度。实数参数还需说明所需位精度,否则单位成本实数运算可能藏起巨大表示。

推论与应用

运行时间应包括实际的数据访问、样本生成、假设构造与预测开销。若算法明确完整扫描 m 个各含 d 位的样本,读入成本就是 Ω(md);随机访问算法却可能跳过无关坐标或忽略多余样本,所以这不是所有学习器的无条件下界。样本或成员 oracle 的调用次数也不能代替总时间:生成一个长度 d 的查询、处理响应及维护模型都要按所选计算模型计费。

效率结论也应保留表示选择。DNF、决策树或线性阈值的“规模 n”含义不同;目标概念最短表示很小,不保证学习器知道这份表示。Proper 与 Improper 学习进一步区分输出类是否受限,统计复杂度与计算复杂度则把数据、求解和表示三项放进同一资源账本。没有输入维度、目标表示长度和输出编码三项,单写 poly 无法被检验。

参考资料
  • Leslie G. Valiant, “A Theory of the Learnable,” Communications of the ACM 27(11), 1984, pp. 1134–1142.
  • Michael J. Kearns and Umesh V. Vazirani, An Introduction to Computational Learning Theory, MIT Press, 1994.
关系图谱7 个相邻概念 · 2 类关系

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