如何验证机器学习模型,机器学习模型划分三种

作者丨黄星源、奉现

来源丨Datawhale

编辑丨极市平台

本文从构建数据验证集、模型训练、模型加载和模型调参四个部分对深度学习中模型训练的全流程进行讲解。

一个成熟合格的深度学习训练流程至少具备以下功能：在训练集上进行训练；在验证集上进行验证；模型可以保存最优的权重，并读取权重；记录下训练集和验证集的精度，便于调参。

本文CNN模型构建参考：https://mp.weixin.qq.com/s/JhFun5I_8Kjkbz6S4613Xw

数据及背景

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在机器学习模型（特别是深度学习模型）的训练过程中，模型是非常容易过拟合的。深度学习模型在不断的训练过程中训练误差会逐渐降低，但测试误差的走势则不一定。

在模型的训练过程中，模型只能利用训练数据来进行训练，并不能接触到测试集上的样本，故需要构建验证数据集对模型进行验证。

拟合（Fitting）：就是说这个曲线能不能很好的描述某些样本，并且有比较好的泛化能力。

过拟合（Overfitting）：模型把数据学习的太彻底，以至于把噪声数据的特征也学习到了，这样就会导致在后期测试的时候不能够很好地识别数据，即不能正确的分类，模型泛化能力太差。

欠拟合（UnderFitting）：模型没有很好地捕捉到数据特征，不能够很好地拟合数据，或者是模型过于简单无法拟合或区分样本。

1. 正则化方法。正则化方法包括L0正则、L1正则和L2正则，而正则一般是在目标函数之后加上对于的范数。但是在机器学习中一般使用L2正则。
2. 数据增强（Data augmentation），增大数据的训练量，还有一个原因就是我们用于训练的数据量太小导致的，训练数据占总数据的比例过小。
3. 重新清洗数据，导致过拟合的一个原因也有可能是数据不纯导致的，如果出现了过拟合就需要我们重新清洗数据。
4. 提前终止法（Early stopping），对模型进行训练的过程即是对模型的参数进行学习更新的过程，这个参数学习的过程往往会用到一些迭代方法，如梯度下降（Gradient descent）学习算法。提前终止法便是一种迭代次数截断的方法来防止过拟合的方法，即在模型对训练数据集迭代收敛之前停止迭代来防止过拟合。
5. 丢弃法（Dropout）。这个方法在神经网络里面很常用。丢弃法是ImageNet中提出的一种方法，通俗一点讲就是丢弃法在训练的时候让神经元以一定的概率不工作。具体看下图：