首页 > 其他 > 详细

归一化、标准化 & 正则化

时间:2021-01-13 14:28:39      阅读:26      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

我们经常将归一化和标准化弄混淆,下面简单描述一下他们之间的差异

归一化(Normalization)

归一化的目标是找到某种映射关系,将原数据映射到[a,b]区间上。一般a,b会取[?1,1],[0,1]这些组合

一般有两种应用场景:

  • 把数变为(0, 1)之间的小数

  • 把有量纲的数转化为无量纲的数

常用min-max normalization:

技术分享图片

 

 标准化(Standardization)

用大数定理将数据转化为一个标准正态分布,标准化公式为:

技术分享图片

 归一化和标准化的区别

我们可以这样简单地解释:归一化的缩放是“拍扁”统一到区间(仅由极值决定),而标准化的缩放是更加“弹性”和“动态”的,和整体样本的分布有很大的关系。

值得注意:归一化:缩放仅仅跟最大、最小值的差别有关。标准化:缩放和每个点都有关系,通过方差(variance)体现出来。与归一化对比,标准化中所有数据点都有贡献(通过均值和标准差造成影响)。

为什么要标准化和归一化?

  • 提升模型精度:归一化后,不同维度之间的特征在数值上有一定比较性,可以大大提高分类器的准确性。

  • 加速模型收敛:标准化后,最优解的寻优过程明显会变得平缓,更容易正确的收敛到最优解。

 

正则化

正则化就是对最小化经验误差函数上加约束,这样的约束可以解释为先验知识(正则化参数等价于对参数引入先验分布)。约束有引导作用,在优化误差函数的时候倾向于选择满足约束的梯度减少的方向,使最终的解倾向于符合先验知识(如一般的l-norm先验,表示原问题更可能是比较简单的,这样的优化倾向于产生参数值量级小的解,一般对应于稀疏参数的平滑解)

LP范数

范数简单可以理解为用来表征向量空间中的距离,而距离的定义很抽象,只要满足非负、自反、三角不等式就可以称之为距离。
LP范数不是一个范数,而是一组范数,其定义如下:

技术分享图片

L1范数

根据LP范数的定义我们可以很轻松的得到L1范数的数学形式:

技术分享图片

 通过上式可以看到,L1范数就是向量各元素的绝对值之和,也被称为是"稀疏规则算子"(Lasso regularization)。那么问题来了,为什么我们希望稀疏化?稀疏化有很多好处,最直接的两个:

  • 特征选择

  • 可解释性

L2范数

L2范数是最熟悉的,它就是欧几里得距离,公式如下:

技术分享图片

 

 L2范数有很多名称,有人把它的回归叫“岭回归”(Ridge Regression),也有人叫它“权值衰减”(Weight Decay)。以L2范数作为正则项可以得到稠密解,即每个特征对应的参数ww都很小,接近于0但是不为0;此外,L2范数作为正则化项,可以防止模型为了迎合训练集而过于复杂造成过拟合的情况,从而提高模型的泛化能力。

L1范数和L2范数的区别

引入PRML一个经典的图来说明下L1和L2范数的区别,如下图所示:

技术分享图片

 

 

 如上图所示,蓝色的圆圈表示问题可能的解范围,橘色的表示正则项可能的解范围。而整个目标函数(原问题+正则项)有解当且仅当两个解范围相切。从上图可以很容易地看出,由于L2范数解范围是圆,所以相切的点有很大可能不在坐标轴上,而由于L1范数是菱形(顶点是凸出来的),其相切的点更可能在坐标轴上,而坐标轴上的点有一个特点,其只有一个坐标分量不为零,其他坐标分量为零,即是稀疏的。所以有如下结论,L1范数可以导致稀疏解,L2范数导致稠密解。
从贝叶斯先验的角度看,当训练一个模型时,仅依靠当前的训练数据集是不够的,为了实现更好的泛化能力,往往需要加入先验项,而加入正则项相当于加入了一种先验。

    • L1范数相当于加入了一个Laplacean先验;

    • L2范数相当于加入了一个Gaussian先验。

技术分享图片

 

 

 技术分享图片

 

归一化、标准化 & 正则化

原文:https://www.cnblogs.com/cgmcoding/p/14271203.html

(0)
(0)
   
举报
评论 一句话评论(0
关于我们 - 联系我们 - 留言反馈 - 联系我们:wmxa8@hotmail.com
© 2014 bubuko.com 版权所有
打开技术之扣,分享程序人生!