“以下类内分解继续假设 $Y$ 二阶可积,并要求 $F$ 中每个 $f(X)$ 都二阶可积,使所比较的风险有限。若限制在非空 $F$ 中且类内最小风险取得,取 $f F^\in\arg\min…”
形式陈述
总体最优与类内最优
固定分布、损失和非空类
下确界未必达到,故不应未经条件指定“类内最优参数”。
经验、优化与总体风险
假设输出
这里的
直觉
若输入分布确实给圆内外的冲突区域正概率,圆形真边界不能由半空间在分布意义下实现,逼近误差便可能为正;仅凭图形不同还不能断言它为正,因为分布也可能只集中在一条直线上或几个可线性分开的点上。类足够好但样本少,会留下估计误差;训练目标没求好,则留下优化误差。扩大类可能降低第一项,却提高后两项的难度。
训练—测试差只比较同一规则的两种风险,不是超额风险。非唯一最优时,参数相距很远也可能风险相同。正则化和代理损失会引入新的比较项,每次都应写清基准,不能把全部余量统称为“泛化误差”。
例子与边界
一个数值分解
例如某任务的 Bayes 风险为
输出属于比较类也是符号非负的条件。例如标签恒为
代理损失与数据依赖类
代理损失会增加一层转换。算法也许最小化 logistic 风险,但最终报告 0–1 风险;先分解代理风险的逼近、估计和优化项,再用校准函数把代理超额风险转换成分类超额风险。没有这条转换,代理目标下降不等于任务风险按同样数值下降。
若类或正则参数由同一数据选择,
推论与应用
分解还能指导改进顺序:当逼近项主导时,多采同分布数据不会突破类的天花板;当估计项主导时,盲目扩大类可能更糟;当优化项已远小于统计精度,再把训练目标多降十位小数通常不改变可保证的总体风险。这里的判断基于同一风险尺度,而不是把参数误差、运行时间和分类错误直接相加。
近似 ERM、正则化学习和代理风险最小化都可沿同一思路扩展,但每引入一个新目标都要增加对应的比较桥梁。若正则目标与任务风险不同,应先控制正则目标的优化与泛化,再单独证明它如何约束原始风险,不能把不同量纲的余量直接装进一个“总误差”名下。
参考资料
- Devroye, Györfi, Lugosi, A Probabilistic Theory of Pattern Recognition, 1996.
- Shalev-Shwartz, Ben-David, Understanding Machine Learning, 2014.