Оцінки варіацій у k-кратній перехресній валідації


27

Перехресна перевірка K-кратна може бути використана для оцінки можливостей узагальнення даного класифікатора. Чи можу я (або я повинен) також обчислити об'єднану дисперсію з усіх циклів перевірки, щоб отримати кращу оцінку її дисперсії?

Якщо ні, то чому?

Я знайшов документи, які використовують об'єднане стандартне відхилення через крос перехресної перевірки . Я також знайшов документи, в яких прямо вказано, що не існує універсального оцінювача дисперсії валідації . Однак я також знайшов документи, які показують деякі оцінки дисперсії для помилки узагальнення (я все ще читаю і намагаюся зрозуміти цю). Що реально роблять (чи звітують) люди на практиці?

EDIT: Коли CV використовується для вимірювання грубої помилки класифікації (тобто вибірка була позначена правильно, або вона не є; наприклад, істинною чи помилковою), то, можливо, немає сенсу говорити про об'єднану дисперсію. Однак я говорю про випадок, коли статистична оцінка, яку ми оцінюємо, має певну дисперсію. Отже, для заданої відхилення ми можемо визначити як значення для статистики, так і оцінку дисперсії. Не видається правильним відкидати цю інформацію та вважати лише середню статистику. І хоча я усвідомлюю, що можу скласти оцінку дисперсії за допомогою методів завантаження (якщо я не дуже помиляюсь), роблячи це, все одно ігноруватимуть відхилення у складках та брати до уваги лише статистичні оцінки (плюс вимагати набагато більшої обчислювальної потужності).


Чи обчислювали ви дисперсію, розглядаючи два можливі способи побачити, чи сильно вони відрізняються один від одного?
— zeferino

Так. У деяких експериментах спостерігалася зміна приблизно на порядок між дисперсією та об'єднаною дисперсією для тренувальних зразків. Не було великої різниці для валідаційних зразків. Більші зміни, здавалося, пов'язані з менш точними моделями.
— Сезар

1
@Cesar: приємне спостереження: ваші моделі дуже нестабільні (велика різниця між ітераціями). У класифікації (якщо тільки класифікатор не гірший, ніж здогади), нестабільні прогнози призведуть до неправильних прогнозів. Ілюстративна думка для цього полягає в тому, що відхилення від правильного передбачення завжди буде в напрямку "неправильно", немає занадто високого рівня, який би скасувався з занадто низьким рівнем.
— cbeleites підтримує Моніку

1
@cbeleites: чи не було б цього дещо очікувати, оскільки великі зміни дисперсії відбуваються здебільшого в моделях, що демонструють більш високі показники помилок? До речі, приємне оновлення вашої відповіді. Я ще мушу прочитати це уважніше, але я вже дуже вдячний. Спасибі.
— Сезар

1
@Cesar: Thx. Звичайно, це менш наочний спосіб заявити, що це формула дисперсії для пропорцій (див. Мою відповідь): чим більш екстремальним є справжній коефіцієнт помилок, тим менша дисперсія, максимальна дисперсія - при швидкості помилки = 50%.
— cbeleites підтримує Моніку

Відповіді:


13

Дуже цікаве запитання, мені доведеться прочитати статті, які ви даєте ... Але, можливо, це почне нас у відповідь:

Зазвичай я вирішую цю проблему дуже прагматичним способом: я повторюю перевірку перехресного перетворення k-кратних разів з новими випадковими розколами та обчислюю продуктивність так само, як зазвичай для кожної ітерації. Тоді загальні випробувальні зразки є однаковими для кожної ітерації, і відмінності виникають через різні розбиття даних.

Це я повідомляю, наприклад, як 5-й до 95-го перцентилів спостережуваних результатів. обмін до зразком для нових зразків та обговорення його як міри для нестабільності моделі.nk−1

Бічна примітка: я все одно не можу використовувати формули, які потребують розміру вибірки. Оскільки мої дані мають структурну групу або ієрархічну структуру (багато подібних, але неодноразових вимірювань одного і того ж випадку, як правило, декілька [сотень] різних місць одного зразка), я не знаю ефективного розміру вибірки.

порівняння з завантажувальним завантаженням:

  • ітерації використовують нові випадкові розщеплення.

  • головна відмінність - це перекомпонування з (bootstrap) або без (cv) заміни.

  • обчислювальна вартість приблизно однакова, тому що я б не вибрав ні ітерацій cv ітерацій завантажувальної програми / k, тобто обчислював однакову загальну кількість моделей.≈

  • bootstrap має переваги перед cv в частині деяких статистичних властивостей (асимптотично правильно, можливо, вам потрібно менше ітерацій, щоб отримати хорошу оцінку)

  • однак із резюме у вас є перевага, що вам це гарантовано

    • кількість відмінних навчальних зразків однакова для всіх моделей (важливо, якщо ви хочете розрахувати криві навчання)
    • кожен зразок тестується рівно один раз на кожній ітерації
  • деякі методи класифікації відкидають повторні зразки, тому завантажувальний процес не має сенсу

Варіантність виконання

коротка відповідь: так, має сенс говорити про розбіжність у ситуації, коли існує лише {0,1} результат.

Подивіться на біноміальний розподіл (k = успіхи, n = тести, p = справжня ймовірність успіху = середня k / n):

σ2(k)=np(1−p)

Різниця пропорцій (таких як частота звернення, швидкість помилок, чутливість, TPR, ..., я буду використовувати відтепер і для спостережуваного значення в тесті) - це тема, яка заповнює цілі книги .. .рpp^

  • Флісс: Статистичні методи для ставок та пропорцій
  • Фортофер і Лі: Біостатистика має приємне вступ.

Тепер, р = до і тому:p^=кн

σ2(p^)=p(1-p)н

Це означає, що невизначеність для вимірювання продуктивності класифікатора залежить лише від справжньої продуктивності p тестованої моделі та кількості тестових зразків.

Ви маєте на увазі перехресну перевірку

  1. що k "сурогатні" моделі мають таку саму справжню продуктивність, що і "справжня" модель, яку ви зазвичай будуєте з усіх зразків. (Розбиття цього припущення є відомим песимістичним ухилом).

  2. що k "сурогатні" моделі мають однакову справжню ефективність (рівнозначні, мають стабільні прогнози), тому вам дозволяється об'єднати результати k тестів.
    Звичайно, тоді можуть бути об'єднані не тільки k "сурогатні" моделі однієї ітерації cv, але і k i моделі ітерацій k-кратного cv.

Навіщо повторювати?

Головне, що вам ітерації говорять, - це нестабільність моделі (прогнозування), тобто дисперсія прогнозів різних моделей для однієї вибірки.

p^

І так, це важлива інформація.

нбоотстrаpк⋅нiтеr. cvн-1≈нσ2(p^)=p(1-p)н

pкнp^н

Якщо ви спостерігаєте нестабільність моделі, середнє значення в сукупності є кращою оцінкою справжньої продуктивності. Різниця між ітераціями є важливою інформацією, і ви можете порівняти її з очікуваною мінімальною дисперсією для тестового набору розміром n із справжньою середньою продуктивністю за всі ітерації.


Ви повторюєте нові випадкові розбиття, із заміною, як у завантажувальному? Або ви повторюєте k-кратну перехресну перевірку кілька разів? Це цікаво, адже це не здається завантажувальним, але може працювати так. Але скільки реплікацій ви виконуєте? Це може отримати дуже дорого легко.
— Сезар

@Cesar: він дуже схожий на завантажувальний пристрій, дивіться розгорнуту відповідь.
— cbeleites підтримує Моніку

Як резюме залишає «однакову кількість різних навчальних зразків» для кожної моделі, але завантажувальна версія цього не робить? Я не дотримуюсь, оскільки резюме "копії наборів даних" є різною комбінацією спостережень - як вони, можливо, забезпечують однакову кількість різних спостережень? Можливо, ви припускаєте, що кожен запис відрізняється від оригінального навчального набору?
— ймовірністьлогічний

@probabilityislogic: набори даних для реплікації CV менші, ніж вихідний набір даних. Таким чином, різні такі копії можуть бути отримані навіть при перекомпонування без заміни. Перекомпонування з заміною ви можете зробити один і той же запис кілька разів. Таким чином, кількість унікальних записів може змінюватися. Так, я вважаю, що оригінальні записи є чіткими. Щоб зберегти статистичну незалежність, що є вирішальним для багатьох застосувань, перекомпонування слід проводити на найвищому рівні ієрархії даних. (Наприклад, я працюю з даними про пацієнтів із сотнями рядків для кожного пацієнта =>
— перепробовувати

1
н

1

Пам'ятайте, що CV є лише оцінкою і ніколи не може представляти "справжню" помилку узагальнення. Залежно від розміру вибірки (що вплине на вашу кількість складок або розмір складки), ви можете бути сильно обмежені у вашій здатності обчислювати будь-які оцінки параметрів розподілу помилки узагальнення. На мою думку (і я бачив, як це написано в різних підручниках "Відкриття знань з підтримуючими векторними машинами" -Луц Хамель), ви можете зробити варіант завантаження резюме для оцінки розподілу помилки узагальнення, але стандартний 10- 1 (наприклад) один раз резюме не дасть вам достатньо точок даних, щоб зробити висновки про справжню ген-помилку. Запуск завантаження вимагає, щоб ви взяли кілька зразків із заміною з ваших тренувань / тестів / валів, ефективно роблячи багаторазові (скажімо, 1000 чи більше) 10-1 (або будь-які інші) тести резюме. Потім ви приймаєте вибіркове розподіл середніх значень для кожного тесту CV, як оцінку розподілу вибірки середнього для сукупності помилок CV, і з цього ви можете оцінити параметри розподілу, тобто середню, медіану, std min max Q1 Q3 тощо ... Це трохи роботи, і, на мою думку, потрібна лише в тому випадку, якщо ваша заява важлива / досить ризикована, щоб отримати додаткову роботу. тобто, можливо, в маркетинговому середовищі, де бізнес просто радий бути кращим, ніж випадковий, то, можливо, цього не потрібно. АЛЕ, якщо ви намагаєтесь оцінити реакцію пацієнтів на препарати з високим рівнем ризику або передбачити очікування доходів на великі інвестиції, ви можете бути обережними для їх здійснення.


Це оцінка, але так можна сказати про практично будь-яке використання статистики. Однак, коли для кожної складки вже є оцінка дисперсії, не здається правильним відкидати цю інформацію. Я оновив питання із уточненнями.
— Сезар

Можливо, я цього не отримую. Я насправді не розумію, чому ти мучишся від дисперсії однієї складки?
— clancy

Запуск єдиного 10-кратного резюме не зовсім дешевий для конкретної проблеми, яку я намагаюся вирішити. Ви праві, я міг би оцінити дисперсію, взявши кілька зразків із заміною, як у завантажувальній програмі. Але взяти велику кількість резюме, навіть кілька сотень, може бути дуже непрактичним у моєму випадку. Я шукаю спосіб (якщо такий є) поєднати окремі відхилення в складках, щоб я міг хоча б зменшити кількість необхідних проб завантаження. І до того ж цікавість.
— Сезар

ах гаразд. Можливо, тоді дисперсія кожного з 10-кратних засобів від загальної середньої складки буде випадковою змінною, вибраною з розподілу вибірки для відхилень ... (що, на мою думку, є
— ділянкою

@ класність: з 10-1 ви маєте на увазі рейтинг виходу-п-10 для n = 10 зразків? Зауважте, що для повторних ітерацій немає сенсу.
— cbeleites підтримує Моніку
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.