Кіріспе

Статистикалық модельді үміткер модельдер жиынтығынан таңдау міндеті. Модельді таңдау – бұл әртүрлі үміткерлердің ішінде ең жақсысын таңдау үшін өнімділік критерийі негізінде модельді таңдау міндеті. Машиналық оқыту және жалпы статистикалық талдау контекстінде, бұл берілген деректер негізінде үміткер модельдер жиынтығынан статистикалық модельді таңдау болуы мүмкін. Ең қарапайым жағдайларда, бұрыннан бар деректер жиынтығы қарастырылады. Дегенмен, бұл міндет тәжірибелерді жобалауды да қамти алады, осылай жиналған деректер модельді таңдау мәселесіне жақсы сәйкес келеді. Теңдей болжау немесе түсіндіру күшіне ие үміткер модельдерді қарастыратын болсақ, ең қарапайым модель ең жақсы таңдау болуы мүмкін (Оккамның бритвасы). "Статистикалық қорытындылаудағы көптеген проблемаларды статистикалық модельдеуге қатысты проблемалар деп қарастыруға болады" делінеді. Соған байланысты, "тақырыптық проблемадан статистикалық модельге ауысу қалай жүзеге асырылады, соның өзі талдаудың ең маңызды бөлігі болып табылады" делінген. Модельді таңдау, сондай-ақ, белгісіздік жағдайында шешім қабылдау немесе оңтайландыру мақсатында үлкен есептеу модельдері жиынтығынан бірнеше өкілдік модельдерді таңдау мәселесін де білдіруі мүмкін. Машиналық оқытуда модельді таңдаудың алгоритмдік тәсілдеріне белгілерді таңдау, гиперпараметрлерді оңтайландыру және статистикалық оқыту теориясы жатады.

Кіріспе

Модельді таңдаудың ең қарапайым түрінде, ол ғылыми зерттеудің негізгі міндеттерінің бірі болып табылады. Байқаулар тізбегін түсіндіретін қағиданы анықтау жиі сол байқауларды болжайтын математикалық модельмен тікелей байланысты. Мысалы, Галилей еңіс жазықтықтағы тәжірибелерін жүргізген кезде, шарлардың қозғалысы оның моделі болжаған параболаға сәйкес келетінін көрсетті. Деректерді тудыруға болатын мүмкін болатын көптеген механизмдер мен процестердің ішінде ең жақсы модельді қалай таңдауға болады? Математикалық тәсіл әдетте кандидат модельдер жиынтығынан шешім шығарады; бұл жиынтықты зерттеуші таңдауы керек. Көбінесе полиномдар сияқты қарапайым модельдер қолданылады, кемінде бастапқыда. Олар өздерінің кітаптарында деректердің негізіндегі феноменологиялық процестер немесе механизмдерді (мысалы, химиялық реакциялар) түсіну сияқты ғылыми принциптерге негізделген модельдерді таңдаудың маңыздылығын баса көрсетеді. Кандидат модельдер жиынтығы таңдалғаннан кейін, статистикалық талдау осы модельдердің ішіндегі ең жақсысын таңдауға мүмкіндік береді. «Ең жақсы» дегеніміздің мағынасы даулы. Жақсы модельді таңдау әдісі, сәйкестіктің жақсылығын қарапайымдықпен теңестіреді. Күрделірек модельдер деректерге сәйкес пішінін жақсырақ бейімдей алады (мысалы, бесінші дәрежелі полином алты нүкеге дәл сәйкес келуі мүмкін), бірақ қосымша параметрлер ештеңе пайдалыны білдірмеуі мүмкін. (Мүмкін, бұл алты нүке тура сызық бойында кездейсоқ таратылған шығар.) Сәйкестіктің жақсылығы әдетте ықтималдық қатынасы тәсілін немесе оған жуықтау арқылы, нәтижесінде хи-квадрат тестіне әкелетін тәсілді қолдану арқылы анықталады. Күрделілік әдетте модельдегі параметрлердің санын санау арқылы өлшенеді. Модельді таңдау әдістерін белгілі бір физикалық шаманың бағалаушысы ретінде қарастыруға болады, мысалы, берілген деректерді тудыратын модельдің ықтималдығы. Бұрмалану және дисперсия осы бағалаушының сапасының маңызды өлшемдері болып табылады; тиімділік те көбінесе қарастырылады. Модельді таңдаудың стандартты мысалы - қисықтарды сәйкестендіру, онда нүктелер жиынтығы және басқа да қосымша білімдер берілген (мысалы, нүктелер тәуелсіз және бірдей таратылған үлгілердің нәтижесі), біз нүктелерді тудырған функцияны сипаттайтын қисықты таңдауымыз керек.

Үлгі таңдаудың екі бағыты

Деректерден есептеу және үйренудің екі негізгі мақсаты бар. Бірі – ғылыми жаңалықтар ашу, сонымен қатар статистикалық қорытынды деп аталатын деректерді тудыратын механизмді түсіну және деректердің мәнін түсіндіру. Деректерден білім алудың тағы бір мақсаты – болашақ немесе көрінбеген деректерді болжау, бұл статистикалық болжам деп те аталады. Екінші мақсатта деректерді зерттеуші деректердің дәл ықтималдық сипаттамасына қатысуға міндетті емес. Әрине, екі бағытқа да қызығушылық таныту мүмкін. Екі түрлі мақсатқа сәйкес модельді таңдаудың да екі бағыты болуы мүмкін: қорытынды үшін модельді таңдау және болжам үшін модельді таңдау. Бірінші бағыт – деректерге ең жақсы модельді анықтау, ол ғылыми түсіндіру үшін белгісіздік көздерін сенімді түрде сипаттауға мүмкіндік береді. Осы мақсат үшін таңдалған модельдің үлгі көлеміне тым сезімтал болмауы өте маңызды. Сәйкесінше, модельді таңдауды бағалау үшін тиісті ұғым – таңдаудың тұрақтылығы, яғни жеткілікті көп деректер үлгісі болғанда ең сенімді үміткер тұрақты түрде таңдалады. Екінші бағыт – модельді тамаша болжамдық нәтижелер беруге қабілетті құрал ретінде таңдау. Алайда, соңғы жағдайда таңдалған модель бірнеше жақын бәсекелестердің арасында жай ғана сәтті жеңімпаз болуы мүмкін, бірақ болжамдық нәтижелер бәрібір мүмкіндігінше жақсы болуы мүмкін. Егер осылай болса, модельді таңдау екінші мақсат үшін (болжам) жарамды, бірақ таңдалған модельді түсінік пен интерпретация үшін пайдалану өте сенімсіз және қате жолға салуы мүмкін.