Skip to content

定义Definition

可实现与不可知学习

施工中 · 内容逐步修订

Realizable learning · Agnostic learning

区分类内是否存在零风险解释,以及学习目标是否只是接近类内最优。

形式陈述 ​

给定假设类 H,二分类分布对它可实现,若存在 h∗∈H 使总体风险 R(h∗)=0。例如标签恰由某个实线阈值产生。有限样本上找到零训练误差规则只叫“一致”,并不证明分布可实现:丰富类也能偶然拟合含噪样本。

这里的零风险是相对于整个分布的条件:在 0–1 损失下等价于 Y=h∗(X) 几乎处处,允许在概率为零的输入上不同,却不允许只对当前样本成立。不可知设定移除零风险假设,目标改为

R(A(S))≤infh∈HR(h)+ε.

它并非“完全无假设”:IID、固定损失、比较类和概率目标仍在。对平方回归等一般损失,零风险本就不自然,类内超额风险才是稳定表述。

直觉

若 Bayes 风险为零但类不含 Bayes 规则,问题对 H 仍不可实现,这是模型错设。若类含 Bayes 规则而标签内在随机,Bayes 风险也可为正。两者都进入不可知比较,却有不同来源。分类噪声模型则在可实现真概念之上规定结构化翻转,位于两端之间。

可实现性也不承诺能计算出一致规则。PAC加入样本与概率量词;高效 PAC 再要求多项式时间。存在、统计可学和计算可解是三层问题。

可实现设定给学习器一条很强的证据:类内确实存在零总体风险规则,所以零经验误差候选只需排除“坏规则恰好在样本上幸存”的单侧事件。不可知设定没有这个锚点,学习器必须在两个都带采样噪声的经验风险之间做比较,通常需要双侧控制。这解释了有限类的标准样本界为何分别含 1/ε 与 1/ε2:前者排除一直没暴露错误的坏规则,后者要分辨相差 ε 的两个带噪均值。

例子与边界

确定标签也可能错设 ​

设 X∈{1,2,3,4} 均匀,阈值类规定 ha(x)=1{x≥a}。标签 0,0,1,1 由 a=3 完全实现;标签 0,1,0,1 则不由任何单阈值实现,即使标签是确定的、Bayes 风险为零,类内最优仍至少错一个点,风险为 1/4。这把“标签有噪声”和“类选错了”清楚分开。

插值不等于可实现 ​

甚至不需要复杂插值就能看出区别。若 X 恒定、Y 独立均匀取 0,1,假设类只有两个常数规则,任何规则的总体错误都是 1/2。但 m 个样本标签恰好全相同的概率为 21−m,在这个事件上仍存在零训练错误规则。观察到一致只排除了与这批标签冲突的候选,没有消除未来标签的随机性。

一般损失下,“存在零经验损失规则”也可能没有稳定意义。对连续噪声回归,有限样本可被高次插值多项式逐点穿过,平方训练损失为零,但总体风险未必接近类内最优。不可知目标比较真实风险而非是否插值,正是为了容纳噪声、错设和有限样本偶合。

结构化噪声的中间位置 ​

结构化噪声模型不会简单落在二选一标签中。Classification noise 仍有隐藏的类内真概念,但观测风险最低值为 η>0;从零风险定义看它不可实现,从可恢复结构看又强于完全不可知。使用哪个定理必须跟随观测分布的形式条件。

推论与应用

PAC 定义会据此分成可实现与不可知版本:前者要求以高概率输出风险至多 ε 的规则,后者要求输出风险至多类内最优加 ε。VC 维、Rademacher 复杂度和一致收敛等工具可以服务两条分支,但定理的样本依赖与学习器条件不能混用。

实践中,选择分支并不是问“训练误差是否已经为零”,而是问数据生成分布是否满足类内零风险假设。若这一假设无法辩护,应报告相对类内最优的超额风险;若另有 Massart、Tsybakov 等噪声结构,则应显式使用相应中间条件,以换取比完全不可知更精细的速率。

参考资料
  • Kearns, Vazirani, An Introduction to Computational Learning Theory, 1994.
  • Shalev-Shwartz, Ben-David, Understanding Machine Learning, Cambridge University Press, 2014, Chs. 2–3.
关系图谱7 个相邻概念 · 1 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组