Вероятно приближённо корректное обучение
Вероятно приближённо корректное обучение (ВПК-обучение, англ. Probably Approximately Correct learning, PAC learning) — схема машинного обучения, использующая понятия асимптотической достоверности и вычислительной сложности. Предложена в 1984 году Лесли Вэлиантом[1].
В этой схеме учитель получает выборки и должен выбрать обобщающую функцию (называемую гипотезой) из определённого класса возможных функций. Целью является функция, которая с большой вероятностью (откуда «вероятно» в названии) будет иметь низкую ошибку обобщения (откуда «приближенно корректное» в названии). Учитель должен быть способен обучить концепт[2], дающее произвольный коэффициент аппроксимации, вероятность успеха или распределения выборок.
Модель была позднее расширена для обработки шума (некорректно классифицируемых выборок).
Важным нововведением схемы ВПК является использование понятия о вычислительной сложности машинного обучения. В частности, ожидается, что учитель находит эффективные функции (которые ограничены по времени выполнения и требуемому пространству многочленом от размера выборки), и учитель должен реализовать эффективную процедуру (запрашивая размер примера, ограниченный многочленом от размера концепта, модифицированного границами приближения и правдоподобия).
Определения и терминология
Для формального определения используется некоторое заданное множество , называемое признаковым пространством или кодировкой всех выборок. Например, в задаче оптического распознавания символов признаковым пространством является , а в задаче нахождения интервала (корректно классифицирующей точки внутри интервала как положительные и вне интервала как отрицательные) признаковым пространством является множество всех ограниченных интервалов в .
Ещё одно понятие, используемое в схеме — концепт — подмножество . Например, множество всех последовательностей бит в , которые кодируют рисунок буквы «P» является одним из концептов в задаче оптического распознавание символов. Примером концепта для задачи нахождения интервала служит множество открытых интервалов , каждый из которых содержит только положительные точки. Класс концептов — множество концептов над . Это может быть множество всех подмножеств каркасного 4-связного массива бит (ширина шрифта равна 1).
Пусть будет процедурой, которая формирует пример с помощью вероятностного распределения и даёт правильную метку , которая равна 1, если и 0 в противном случае. Теперь, если дано , предположим, что есть алгоритм и многочлен от (и другие относящиеся к делу параметры класса ) такие, что, если дана выборка размера , нарисованный согласно , то с вероятностью по меньшей мере выход алгоритма является гипотеза , которая имеет среднюю ошибку, меньшую или равную на для одного и того же распределения . Далее, если утверждение выше для алгоритма верно для любого концепта и для любого распределения над и для всех , тогда является (эффективно) ВПК-обучаемым (или свободным от распределения ВПК-обучаемым). В этом случае считается, что является алгоритмом ВПК-обучения для .
Эквивалентность
При определённых условиях регулярности эти три условия эквивалентны:
- Класс понятий является ВПК-обучаемым.
- Размерность Вапника — Червоненкиса класса конечна.
- является однородным классом Гливенко — Кантелли.
См. также
- Отказоустойчивость (ВПК-обучение)
- Сложность выборки
Примечания
- Valiant1984.
- Концептами называют собственные подмножества множества допустимых признаков.
Литература
- Valiant L. A theory of the learnable // Communications of the ACM. — 1984. — Вып. 27.
- Kearns M., Vazirani U. An Introduction to Computational Learning Theory. — MIT Press, 1994. — ISBN 9780262111935.
- Balas Kausik Natarajan. Machine Learning. A Theoretical Approach. — Morgan Kaufmann Publishers, 1991. — ISBN 1-55860-148-1.
- D. Haussler. Overview of the Probably Approximately Correct (PAC) Learning Framework Архивная копия от 28 сентября 2011 на Wayback Machine. An introduction to the topic.
- L. Valiant. Probably Approximately Correct. Basic Books, 2013. В книге Вэлиант обсуждает, как ВПК-обучение описывает, каким образом организмы развиваются и учатся.