محتويات الدورة

التعلم الآلي / النماذج والاختيار المضبوط / الدرس 11

اختزال الأبعاد واختيار الخصائص

ميز التمثيل المختزل من اختيار الخصائص الموجه واحفظ ملاءمتهما داخل حد التعلم.

وقت القراءة التقريبي: 4 دقيقةتاريخ مراجعة المحتوى
في هذه الصفحة

أهداف الدرس

  • يغير الاختزال ما يراه النموذج
  • فحص إعادة بناء برتبة واحدة
  • تقييم الأثر اللاحق بصدق

يغير الاختزال ما يراه النموذج

ينشئ الاختزال إحداثيات أقل ويحتفظ الاختيار بمجموعة من الأصل. قد يقللان الكلفة والتكرار وقد يحذفان المفيد. لا تضمن القلة تعميما وتفسيرا. حدد الضغط والتصور وإزالة الضجيج والكفاءة ودليلها؛ فالرسم الثنائي إسقاط لا خريطة المسافات كلها. احفظ المخطط والتحويل للمستقبل. ويجب التفريق بين الضغط والتصور والكفاءة التنبؤية، لأن إسقاطا مناسبا للرسم قد يحذف معلومة يحتاجها القرار، ولا يحفظ بالضرورة كل مسافات الفضاء الأصلي.

تتبع PCA التباين تحت القياس المختار

تجد PCA اتجاهات متعامدة تلخص تباين الممركز وتغير المحجمة هندستها. لا يساوي التباين أهمية الهدف وقد يحمل الصغير إشارة. تعلم المتوسط والمحجمة والأساس بالتدريب. قد تنعكس الإشارة أو لا يفرد الاتجاه بتساوي القيم؛ قارن الفضاء وإعادة البناء لا متجها موقعا واحدا. وقد تنعكس إشارة مكون دون أن يتغير الفضاء أو إعادة البناء، كما يمكن أن تجعل القيم الذاتية المتساوية الاتجاه الفردي غير فريد رغم صلاحية الحل العددي.

فحص إعادة بناء برتبة واحدة

يمركز المثال ثلاث نقاط بخط ويفكها ويعيدها بمكون. يقع التباين كله باتجاه بالعينة الدقيقة فيفحص هندسيا، لا يثبت كفاية مكون لمهمة حقيقية. يقارن بسماحية لا إشارة ويحسب النسب من مربع القيم، ويحتاج صفر التباين سياسة منفصلة. ولا تثبت إعادة بناء النقاط الثلاث أن المكون الواحد يكفي لمهمة أخرى، كما يحتاج انعدام التباين الكلي إلى معالجة صريحة قبل حساب نسب القيم المربعة.

python مثال محلي ببيانات اصطناعية ثابتة
import numpy as np
X = np.array([[-2.0, -2.0], [0.0, 0.0], [2.0, 2.0]])
mean = X.mean(axis=0)
centered = X - mean
_, singular, basis = np.linalg.svd(centered, full_matrices=False)
variance_fraction = singular ** 2 / np.sum(singular ** 2)
reconstructed = (centered @ basis[:1].T) @ basis[:1] + mean
print(np.round(variance_fraction, 6).tolist())
print(np.allclose(reconstructed, X))
الناتج المتوقع
[1.0, 0.0]
True

تقع النقاط على خط فيعيدها مكون ولا يتأثر الفحص بانعكاس الإشارة.

الاختيار بالأهداف تعلم موجه

يرتب المثال خاصيتين بارتباط التدريب ويحفظ واحدة كقاعدة بسيطة لا وصفة شاملة. يفوت الارتباط اللاخطية والتفاعل ويتأثر بالشاذ والبديل. لأنه يستخدم الهدف فأعده داخل كل طية. يختار المستقبل بالفهرس المحفوظ لا قيمه. اختبر الثابت والغياب والمقارنات واحفظ هويات الاختيار. وقد يفوت الارتباط علاقة غير خطية أو تفاعلا مهما ويتأثر بالشاذ، لذلك لا ينبغي اعتبار قاعدة فرز المثال وصفة شاملة أو تعلمها مسبقا من جميع أهداف التقييم.

python مثال محلي ببيانات اصطناعية ثابتة
import numpy as np
train = np.array([[0.0, 0.0], [1.0, 1.0], [2.0, 0.0], [3.0, 1.0]])
y = np.array([0.0, 1.0, 2.0, 3.0])
assert np.all(train.std(axis=0) > 0) and y.std() > 0
correlations = [abs(np.corrcoef(train[:, j], y)[0, 1]) for j in range(train.shape[1])]
selected = int(np.argmax(correlations))
future = np.array([[4.0, 100.0]])
print(selected)
print(future[:, [selected]].tolist())
الناتج المتوقع
0
[[4.0]]

تحدد أهداف التدريب الفهرس ويستخدمه المستقبل المجمد دون التأثير فيه.

تقييم الأثر اللاحق بصدق

قارن التحويل والنموذج بخط أساس بلا اختزال، ولا تثبت النسبة العالية التنبؤ والمعايرة والإنصاف والمتانة. يختلف البناء والخسارة، ووثق المعلومات الغائبة للرصد والتفسير. احفظ المتوسط والمقياس والأساس والفهارس والترتيب والبرنامج. ارفض اختلاف الأبعاد أو طبق بديلا مضبوطا لا ضربا بمعنى جديد. ويجب حفظ المتوسط والمقياس والأساس أو الفهارس وترتيب الخصائص معا، ورفض الشكل غير المتوافق بدلا من السماح بضرب مصفوفة يعمل عدديا لكنه يجيب عن سؤال مختلف.

الأخطاء الشائعة وإصلاحها

يعد التباين نجاحا تنبؤيا

لماذا يحدث؟
اختلط الضغط والهدف.
كيف تصلحه؟
قيم المهمة منفصلة.
كيف تتجنب تكراره؟
افصل الدليلين.

يستخدم الفرز كل الأهداف

لماذا يحدث؟
أثر المحتجز بالتمثيل.
كيف تصلحه؟
أعد الاختيار بكل تدريب.
كيف تتجنب تكراره؟
ضمه للإجراء المتعلم.

يفشل فحص PCA بالإشارة فقط

لماذا يحدث؟
عُد الاصطلاح معنى.
كيف تصلحه؟
قارن الفضاء والبناء أو حاذ الإشارة.
كيف تتجنب تكراره؟
استخدم سماحية مناسبة.

اختبر فهمك

1. هل يحذف تجاهل منخفض التباين معلومة تنبؤية؟

اعرض الحل المشروح

نعم؛ ترتب PCA بلا هدف وقد يفصل الصغير النتائج. قيم التحويل بخط أساس كامل، ولا يقرر الضغط وحده حاجة المهمة. وقد تكون المعلومة المنخفضة التباين فاصلة للهدف رغم أنها غير مهمة لهدف إعادة البناء غير الموجه.

2. ماذا يرافق أساس PCA لاتساق الاستدلال؟

اعرض الحل المشروح

احفظ الأسماء والترتيب والتمركز والمقياس والعدد والأساس والفحوص والمصدر. يغير حساب متوسط أو أساس لكل دفعة التمثيل والعقد. ويجب أن تبقى فحوص المدخل وعدد المكونات وافتراضات البرنامج مع الأثر، لا مجرد مصفوفة أساس بلا سياق.

أهم ما تعلمته

  • يختلف حفظ التباين ونفع الهدف.
  • يتعلم الاختيار الموجه من الهدف.
  • احفظ التمثيل الملائم كله.

المراجع الرسمية