机器学习基石笔记（三）

三、How Can Machines Learn?

　　第三节首先介绍了linear regression,线性可分的线性规划是有analytic solution的，林老师给我们推了一下，关键就是矩阵化的处理，简化了很多的工作

      　　 

　　上面三幅图是整个推导的过程，需要注意的是，最后的X不一定是可逆的，因为我们的数据的数量N一般来说远大于d+1。所以x不可逆的可能性太大的，一般这时候就用伪逆来解决。

　　后面是解释为什么可以学习，经过一系列的推导可以得到下图：

　　

　　这个是相当符合的我们的直观感受的，因为我们是用训练集去估计整个的假设空间，因为N越大，Ein接越接近于Eout。

 

　　然而在做classification的时候，我们还有更好的选择，logistic regression，它的输出可以理解为x属于某个label的概率，因为他S型的曲线，在machine learning中，logistic regression出场率相当高，而在优化它的时候我们一般用交叉熵作为误差函数，这个推导有两种方法，我一般是用最大似然函数去理解的。

　　

cross entropy的梯度推导跟deep learning中的BP算法原理是一致的，他们都是基于链式法则来做的，然而有一次面试我还是没推出来，总之，还是要多去自己动手！

有了梯度以后，在用GD或者SGD就能求出解了。

 　　接下来介绍了multiclass prediction的问题，大致有这几种：

　　　　1、OVA，每次拿一类和其他的所有跑一个二分类算法，最后用得到的几个分类器去做分类。但会有unbalanced data的问题。

　　　　2、OVO，每次挑选出两类进行计算，相比于OVA算法，效率更高，但是需要更多的space并且预测和训练的时候都会慢一点。

　　　　3、直接用LR或者SVM做多分类，这个应该是比较常见的，因为DL网络中最后的输出通常就是softmax或者muliti svm的loss。

 

　　下面是关于non-linear的一个关键概念，有时候有些数据我们只能用non-linear的函数才能把它们分隔开，这时候最好的理解，不是说在xy空间作出一个圆，而是在x平方和y平方的空间里做linear的classification。

　　

　　因此大多数nonlinear的分类我们就可以分为两个步骤：1、先做feature transform 2、然后在做linear的分类。

　　实际上当然没这么简单...因为在做特征转换的时候你会发现，你不知道该怎么做，这个后期的衍生就是曾经相当火的kernel method（说得不太准确，只能说核方法是其中的方法，特征工程当然是一个很大的问题，各种特征筛选，转换还是有很多东西的）。

　　下图将特征转换和vc bound联系起来了，因为总共只有d+1个变量，所以肯定不能shatter d+2的input，所以dv<=d+1.

　　

关于dvc和error的问题，下图说常见的了，简单的解释：模型不是越复杂越好，因为会overfitting。