【数学基础】第二课:目标函数、损失函数、代价函数

目标函数,损失函数,代价函数,经验风险,结构风险

Posted by x-jeff on December 2, 2018

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1.目标函数、损失函数、代价函数

关于损失函数(loss function)代价函数(cost function)的概念有两种看法:

  • 观点一:可认为是一样的。
  • 观点二:
    1. 损失函数$\mid y_i-f(x_i)\mid$,一般针对单个个体。
    2. 代价函数$\frac{1}{N} \sum_{i=1}^N\mid y_i-f(x_i)\mid$,一般针对总体。

目标函数:$\frac{1}{N} \sum_{i=1}^N\mid y_i-f(x_i)\mid+\lambda J(f)$。其中,$J(f)$为正则化项。

上述式子中,$y_i$是真实值,$f(x_i)$是预测值,$N$是样本数。

实际上,这些概念的定义并没有一个统一的说法,这里只是给出一种比较常见的定义。其实只要理解了背后的公式,可根据上下文语境自行判断,叫法并不重要。

2.经验风险和结构风险

先来看一个例子: 上图的三个函数分别为:$f(x_1);f(x_2);f(x_3)$。

要评价上述三个模型的好坏,引入两个评价指标:

  1. 代价函数,即经验风险
  2. 正则化项,专门用于度量模型的复杂度,即结构风险

最理想的模型:经验风险和结构风险均最小化。

针对上述三个模型:

  经验风险 结构风险
$f(x_1)$ 最大 最小
$f(x_2)$ 适中 适中
$f(x_3)$ 最小 最大

$f(x_3)$可能会过拟合,$f(x_1)$误差过大,$f(x_2)$是比较合适的选择。

3.参考资料

1.机器学习中的目标函数、损失函数、代价函数有什么区别?