Method 1: Training and testing set

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不过,这个简单的方法存在两个弊端。

1.最终模型与参数的选取将极大程度依赖于你对训练集和测试集的划分方法。什么意思呢?我们再看一张图:

https://pic1.zhimg.com/80/v2-577bb114a1073273452cc1c73045e274_1440w.webp

右边是十种不同的训练集和测试集划分方法得到的test MSE,可以看到,在不同的划分方法下,test MSE的变动是很大的,而且对应的最优degree也不一样。所以如果我们的训练集和测试集的划分方法不够好,很有可能无法选择到最好的模型与参数。

2.该方法只用了部分数据进行模型的训练

我们都知道,当用于模型训练的数据量越大时,训练出来的模型通常效果会越好。所以训练集和测试集的划分意味着我们无法充分利用我们手头已有的数据,所以得到的模型效果也会受到一定的影响。

Cross validation

LOOCV

首先,我们先介绍LOOCV方法,即(Leave-one-out cross-validation)。像Test set approach一样,LOOCV方法也包含将数据集分为训练集和测试集这一步骤。但是不同的是,我们现在只用一个数据作为测试集,其他的数据都作为训练集,并将此步骤重复N次(N为数据集的数据数量)。

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如上图所示,假设我们现在有n个数据组成的数据集,那么LOOCV的方法就是每次取出一个数据作为测试集的唯一元素,而其他n-1个数据都作为训练集用于训练模型和调参。结果就是我们最终训练了n个模型,每次都能得到一个MSE。而计算最终test MSE则就是将这n个MSE取平均。

比起test set approach,LOOCV有很多优点。首先它不受测试集合训练集划分方法的影响,因为每一个数据都单独的做过测试集。同时,其用了n-1个数据训练模型,也几乎用到了所有的数据,保证了模型的bias更小。不过LOOCV的缺点也很明显,那就是计算量过于大,是test set approach耗时的n-1倍。为了解决计算成本太大的弊端,又有人提供了下面的式子,使得LOOCV计算成本和只训练一个模型一样快。

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If the $h_{ii}$ is high, it gets more weight in prediction error estimation.

K-fold cross validation

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