在前面的部分中,我們完成了機器學(xué)習(xí)的一些實踐應(yīng)用,將模型擬合到各種數(shù)據(jù)集。然而,我們從未停下來思考數(shù)據(jù)最初來自何處,或者我們最終計劃如何處理模型的輸出。很多時候,擁有數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)開發(fā)人員急于開發(fā)模型而沒有停下來考慮這些基本問題。
許多失敗的機器學(xué)習(xí)部署都可以追溯到這種模式。有時,根據(jù)測試集的準(zhǔn)確性衡量,模型似乎表現(xiàn)出色,但當(dāng)數(shù)據(jù)分布突然發(fā)生變化時,部署就會出現(xiàn)災(zāi)難性的失敗。更陰險的是,有時模型的部署本身就是擾亂數(shù)據(jù)分布的催化劑。舉例來說,我們訓(xùn)練了一個模型來預(yù)測誰將償還貸款與違約貸款,發(fā)現(xiàn)申請人選擇的鞋類與違約風(fēng)險相關(guān)(牛津鞋表示還款,運動鞋表示違約)。此后,我們可能傾向于向所有穿著牛津鞋的申請人提供貸款,而拒絕所有穿著運動鞋的申請人。
在這種情況下,我們從模式識別到?jīng)Q策制定的考慮不周的飛躍以及我們未能批判性地考慮環(huán)境可能會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。首先,一旦我們開始根據(jù)鞋類做出決定,客戶就會了解并改變他們的行為。不久之后,所有的申請者都會穿著牛津鞋,而信用度卻沒有任何同步提高。花一點時間來消化一下,因為類似的問題在機器學(xué)習(xí)的許多應(yīng)用中比比皆是:通過將我們基于模型的決策引入環(huán)境,我們可能會破壞模型。
雖然我們不可能在一個部分中對這些主題進(jìn)行完整的處理,但我們的目的是在此揭露一些常見的問題,并激發(fā)早期發(fā)現(xiàn)這些情況、減輕損害和負(fù)責(zé)任地使用機器學(xué)習(xí)所需的批判性思維。有些解決方案很簡單(要求“正確的”數(shù)據(jù)),有些在技術(shù)上很困難(實施強化學(xué)習(xí)系統(tǒng)),而另一些則需要我們完全走出統(tǒng)計預(yù)測的領(lǐng)域,解決有關(guān)倫理的哲學(xué)難題算法的應(yīng)用。
4.7.1. 分配轉(zhuǎn)移的類型
首先,考慮到數(shù)據(jù)分布可能發(fā)生變化的各種方式以及可以采取哪些措施來挽救模型性能,我們堅持使用被動預(yù)測設(shè)置。在一個經(jīng)典設(shè)置中,我們假設(shè)我們的訓(xùn)練數(shù)據(jù)是從某個分布中采樣的 pS(x,y)但是我們的測試數(shù)據(jù)將由來自不同分布的未標(biāo)記示例組成 pT(x,y). 我們已經(jīng)必須面對一個發(fā)人深省的現(xiàn)實。沒有關(guān)于如何做的任何假設(shè)pS和pT相互關(guān)聯(lián),學(xué)習(xí)一個魯棒的分類器是不可能的。
考慮一個二元分類問題,我們希望區(qū)分狗和貓。如果分布可以以任意方式移動,那么我們的設(shè)置允許輸入分布保持不變的病態(tài)情況:pS(x)=pT(x),但標(biāo)簽都被翻轉(zhuǎn)了: pS(y∣x)=1?pT(y∣x). 換句話說,如果上帝可以突然決定未來所有的“貓”現(xiàn)在都是狗,而我們以前所說的“狗”現(xiàn)在是貓——投入的分配沒有任何變化p(x),那么我們就不可能將這種設(shè)置與分布根本沒有改變的設(shè)置區(qū)分開來。
幸運的是,在對我們的數(shù)據(jù)未來可能發(fā)生變化的方式的一些限制性假設(shè)下,有原則的算法可以檢測到變化,有時甚至可以即時適應(yīng),從而提高原始分類器的準(zhǔn)確性。
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