Advice for applying ML & ML System Design

一、The Problem of Overfitting

欠拟合（high bias）：模型不能很好地适应训练集；
过拟合（high variance）：模型过于强调拟合原始数据，测试时效果会比较差。
处理过拟合：
1、丢弃一些特征，包括人工丢弃和算法选择；
2、正则化：保留所有特征，但减小参数的值。

二、Cost Function

过拟合一般是由高次项引起，那么我们可以通过增加某些项的cost，来降低它们的权重。
在梯度下降过程中，要使损失函数变小，那么( heta)就会变得很小，所以假设函数中的( heta)就会变小，该项的权重就会降低。

如果不知道要惩罚哪些特征，可以一起惩罚（除了( heta_0)）。
将代价函数改为：

(lambda)是正则化参数。
如果(lambda)过大，那么所有的参数都会最小化，那么假设就会变为(h_ heta(x)= heta_0)，造成欠拟合。

三、Regularized Linear Regression

( heta_0)没有正则化处理，所以梯度下降要分情况：

化简下：

可以看到：
正则化后的参数更新比原来多减小了一个值。

再看线性回归的另外一个工具：常规方程。

推导过程省略......

四、Regularized Logistic Regression

对于逻辑回归的代价函数，同样增加一个正则化表达式：

梯度下降算法与线性回归相同，不过(h_ heta(x))不同。

一、Evaluating a Learning Algorithm

训练后测试时如果发现模型表现很差，可以有很多种方法去更改：

1. 用更多的训练样本；
2. 减少/增加特征数目；
3. 尝试多项式特征；
4. 增大/减小正则化参数(lambda)。
   那么该怎么去选择采用哪种方式呢？
   一般将70%的数据作为训练集，30%的数据作为测试集。
   先用训练集最小化(J_{train}(Theta))，得到一组参数值(Theta)；
   然后计算测试集误差(J_{test}(Theta))：
   对于线性回归：
   
   对于逻辑回归：
   
   测试集的平均误差（分类错误的比率）：
   
   假设要选择用几次多项式(d)去作为假设函数，那么做法就是不断尝试(d)，选择一个在测试集上损失最小的(d)，以此作为模型泛化能力的衡量。但是这样是有问题的，因为(d)相当于是被测试集训练的，再用测试集去测试，很不公平。所以一般将数据集分为3部分：60%训练集、20%交叉验证集、20%测试集：
   

二、Bias vs. Variance

看图：


正则化和Bias/Variance的关系：

训练集大小与Bias/Variance的关系：

三、Error Analysis

Andrew推荐的流程：

四、Handling Skewed Data

如果数据集中正负类的数据规模差距过大，只用误差衡量模型是不可靠的，此时需要查准率和召回率两个指标。

如何权衡这两个指标，一般使用(F1)得分：

[F_1=2frac{PR}{P+R} ]