• 损失函数 代价函数 评分函数 目标函数


    1.损失函数就是代价函数

    例如:

    损失函数用于度量标签的真实值和预测值的误差。

    常用的损失函数有:0-1损失函数,平方损失函数,期望损失函数。

    2.评分函数

    以输入x和权值Wi为自变量的一个函数,比如评价x属于某个分类的可能性的分值;

    得分函数就是对于给定的一个输入,通过计算,得到这个输入属于每种类别的得分。比如我们现在有三个类别:小猫、小狗和青蛙,对于一张给定的图片,计算出这个图片是小猫的得分,是小狗的得分以及是青蛙的得分。
    对于中间的计算过程:
    在这里插入图片描述

    3.目标函数

    作者:哥德巴赫的猜想
    链接:https://www.zhihu.com/question/52398145/answer/209358209
    来源:知乎
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    首先给出结论:损失函数和代价函数是同一个东西,目标函数是一个与他们相关但更广的概念,对于目标函数来说在有约束条件下的最小化就是损失函数(loss function)。

    举个例子解释一下:(图片来自Andrew Ng Machine Learning公开课视频)

     

    上面三个图的函数依次为 [公式] , [公式] , [公式] 。我们是想用这三个函数分别来拟合Price,Price的真实值记为 [公式] 。

    我们给定 [公式] ,这三个函数都会输出一个 [公式] ,这个输出的 [公式] 与真实值 [公式] 可能是相同的,也可能是不同的,为了表示我们拟合的好坏,我们就用一个函数来度量拟合的程度,比如:

    [公式] ,这个函数就称为损失函数(loss function),或者叫代价函数(cost function)。损失函数越小,就代表模型拟合的越好

    那是不是我们的目标就只是让loss function越小越好呢?还不是。

    这个时候还有一个概念叫风险函数(risk function)。风险函数是损失函数的期望,这是由于我们输入输出的 [公式] 遵循一个联合分布,但是这个联合分布是未知的,所以无法计算。但是我们是有历史数据的,就是我们的训练集, [公式]关于训练集的平均损失称作经验风险(empirical risk),即 [公式] ,所以我们的目标就是最小化 [公式] ,称为经验风险最小化

    到这里完了吗?还没有。

    如果到这一步就完了的话,那我们看上面的图,那肯定是最右面的 [公式] 的经验风险函数最小了,因为它对历史的数据拟合的最好嘛。但是我们从图上来看 [公式]肯定不是最好的,因为它过度学习历史数据,导致它在真正预测时效果会很不好,这种情况称为过拟合(over-fitting)。

    为什么会造成这种结果?大白话说就是它的函数太复杂了,都有四次方了,这就引出了下面的概念,我们不仅要让经验风险最小化,还要让结构风险最小化。这个时候就定义了一个函数 [公式] ,这个函数专门用来度量模型的复杂度,在机器学习中也叫正则化(regularization)。常用的有 [公式] , [公式] 范数。

    到这一步我们就可以说我们最终的优化函数是:[公式] ,即最优化经验风险和结构风险,而这个函数就被称为目标函数

    结合上面的例子来分析:最左面的 [公式] 结构风险最小(模型结构最简单),但是经验风险最大(对历史数据拟合的最差);最右面的 [公式] 经验风险最小(对历史数据拟合的最好),但是结构风险最大(模型结构最复杂);而 [公式] 达到了二者的良好平衡,最适合用来预测未知数据集。

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