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随机森林 (Random Forests) 是一种利用CART决策树作为基学习器的 Bagging 集成学习算法。随机森林模型的构建过程如下： 数据采样 作为一种 Bagging 集成算法，随机森林同样采用有放回的采样，对于总体训练集 T ，抽样一个子集 T_{sub} 作为训练样本集。除此之外，假设训练集的特征个数为 d ，每次仅选择 k(k<d) 个构建决策树。因此，随机森林除了能够做到样本扰动外，还添加了特征扰动，对于特征的选择个数，推荐值为 k=log_2⁡d 。 树的构建 每次根据采样得到的数据和特征构建一棵决策树。在构建决策树的过程中，会让决策树生长完全而不进行剪枝。构建出的若干棵决策树则组成了最终的随机森林。 随机森林在众多分类算法中表现十分出众，其主要的优点包括： 1. 由于...

AdaBoost基本思路 分类问题 Adaboost 是 Boosting 算法中有代表性的一个。原始的 Adaboost 算法用于解决二分类问题，因此对于一个训练集 [公式] 其中 [Math] ，，首先初始化训练集的权重 [公式] 根据每一轮训练集的权重 D_m ，对训练集数据进行抽样得到 T_m ，再根据 T_m 训练得到每一轮的基学习器 h_m 。通过计算可以得出基学习器 h_m 的误差为 e_m [公式] 根据基学习器的误差计算得出该基学习器在最终学习器中的权重系数 [公式] 为什么这样计算弱学习器权重系数？从上式可以看出，如果分类误差率 𝑒_𝑘 越大，则对应的弱分类器权重系数 [Math] 越小。也就是说，误差率小的弱分类器权重系数越大。具体为什么采用这个权重系数公式，见AdaB...

GBDT (Gradient Boosting Decision Tree) 是另一种基于 Boosting 思想的集成算法，除此之外 GBDT 还有很多其他的叫法，例如：GBM (Gradient Boosting Machine)，GBRT (Gradient Boosting Regression Tree)，MART (Multiple Additive Regression Tree) 等等。GBDT 算法由 3 个主要概念构成：Gradient Boosting (GB)，Regression Decision Tree (DT 或 RT) 和 Shrinkage。 0. Decision Tree：CART回归树 首先，GBDT使用的决策树是CART回归树，无论是处理回归问题还...

1. 从GBDT到XGBoost 作为GBDT的高效实现，XGBoost是一个上限特别高的算法，因此在算法竞赛中比较受欢迎。简单来说，对比原算法GBDT，XGBoost主要从下面三个方面做了优化： 一是算法本身的优化：在算法的弱学习器模型选择上，对比GBDT只支持决策树，还可以选择很多其他的弱学习器。在算法的损失函数上，除了本身的损失，还加上了正则化部分。在算法的优化方式上，GBDT的损失函数只对误差部分做负梯度（一阶泰勒）展开，而XGBoost损失函数对误差部分做二阶泰勒展开，更加准确。算法本身的优化是我们后面讨论的重点。 二是算法运行效率的优化：对每个弱学习器，比如决策树建立的过程做并行选择，找到合适的子树分裂特征和特征值。在并行选择之前，先对所有的特征的值进行排序分组，方便前面说的并行...

问题表示 有很多概率问题，尤其是独立重复实验问题，如果用生成函数的方法来做，会显得特别方便。本文要讲的“随机游走”问题便是其中一例，它又被形象地叫做“醉汉问题”，其本质上是一个二项分布，但是由于取了极限，出现了很多新的性质和应用。我们先考虑如下问题： 考虑实数轴上的一个粒子，在 t=0 时刻它位于原点，每过一秒，它要不向前移动一格（+1），要不就向后移动一格（1），问 n 秒后它所处位置的概率分布。 不难发现，这个问题跟二项分布是雷同的。如果把这个粒子形象比喻成一个“喝醉酒的人”，那么上面的走法就类似于一个完全不省人事的醉汉走路问题了。（当然，醉汉是在三维空间走路的，这里简单起见，只描述了一维...

这篇博客介绍一下集成学习的几类：Bagging，Boosting以及Stacking。 传统机器学习算法 (例如：决策树，人工神经网络，支持向量机，朴素贝叶斯等) 的目标都是寻找一个最优分类器尽可能的将训练数据分开。集成学习 (Ensemble Learning) 算法的基本思想就是将多个分类器组合，从而实现一个预测效果更好的集成分类器。集成算法可以说从一方面验证了中国的一句老话：三个臭皮匠，赛过诸葛亮。 Thomas G. Dietterich 指出了集成算法在统计，计算和表示上的有效原因： 统计上的原因 一个学习算法可以理解为在一个假设空间 H 中选找到一个最好的假设。但是，当训练样本的数据量小到不够用来精确的学习到目标假设时，学习算法可以找到很多满足训练样本的分类器。所以，学习算法选择...

摘掉Softmax 制约Attention性能的关键因素，其实是定义里边的Softmax！事实上，简单地推导一下就可以得到这个结论。 [Math] 这一步我们得到一个 [Math] 的矩阵，就是这一步决定了Attention的复杂度是 [Math] ；如果没有Softmax，那么就是三个矩阵连乘 [Math] ，而矩阵乘法是满足结合率的，所以我们可以先算 [Math] ，得到一个 [Math] 的矩阵，然后再用 [Math] 左乘它，由于 [Math] ，所以这样算大致的复杂度只是 [Math] （就是 [Math] 左乘那一步占主导）。 也就是说，去掉Softmax的Attention的复杂度可以降到最理想的线性级别 [Math] ！这显然就是我们的终极追求：Linear Attentio...

概述 本文介绍一个比较有意思的高效Transformer工作——来自Google的《Transformer Quality in Linear Time》，经过细读之后，笔者认为论文里边真算得上是“惊喜满满”了～ 什么样的结果值得我们用“惊喜”来形容？有没有言过其实？我们不妨先来看看论文做到了什么： 1. 提出了一种新的Transformer变体，它依然具有二次的复杂度，但是相比标准的Transformer，它有着更快的速度、更低的显存占用以及更好的效果； 1. 提出一种新的线性化Transformer方案，它不但提升了原有线性Attention的效果，还保持了做Decoder的可能性，并且做Decoder时还能保持高效的训练并行性。 说实话，笔者觉得做到以上任意一点都是非常难得的，而这篇论...

概述 SSM的概念由来已久，但这里我们特指深度学习中的SSM，一般认为其开篇之作是2021年的 S4，不算太老，而SSM最新最火的变体大概是Mamba。当然，当我们谈到SSM时，也可能泛指一切线性RNN模型，这样RWKV、RetNet还有此前LRU都可以归入此类。不少SSM变体致力于成为Transformer的竞争者，尽管笔者并不认为有完全替代的可能性，但SSM本身优雅的数学性质也值得学习一番。 尽管我们说SSM起源于S4，但在S4之前，SSM有一篇非常强大的奠基之作《HiPPO: Recurrent Memory with Optimal Polynomial Projections》（简称HiPPO），所以本文从HiPPO开始说起。 另外值得一提的是，SSM代表作HiPPO、S4、Mam...

问题定义 多元二次多项式，维度为 n ，那么可以用以下公式描述该函数： [Formula] 其中 a_{i,j} 为二次项系数，共有 n^2 项， 1≤i,j≤n ，且所有的 a 不全为0，即 ∃a_{i,j}≠0 ; b_k 为一次项系数，共 n 项， 1≤k≤n ; c 为常数项。 记 f(x)=[x_1,x_2,...,x_n]^T ，则上述函数可以写作二次型的形式： 转化过程中A,b满足： A 为n阶对称方阵， A_{i,j}=a_{i,j} 因为 ∃a_{i,j}≠0 ，A不为零矩阵 b_i=b_i 为了后续计算简便，我们将二次型稍作改动： [Formula] 我们的目标就是寻找该函...

基本概念 方向导数：是一个数；反映的是 f(x,y) 在 P_0 点沿方向 v 的变化率。 偏导数：是多个数（每元有一个）；是指多元函数沿坐标轴方向的方向导数，因此二元函数就有两个偏导数。 偏导函数：是一个函数；是一个关于点的偏导数的函数。 梯度：是一个向量；每个元素为函数对一元变量的偏导数；它既有大小（其大小为最大方向导数），也有方向。 方向导数 反映的是 f(x,y) 在 P_0 点沿方向 v 的变化率。 例子如下： 题目 设二元函数 f(x, y) = x^2 + y^2 ，分别计算此函数在点 (1, 2) 沿方向 w=\{3, 4\} 与方向 u=\{1, 0\} 的方向导数。 解： ...

概述 众所周知，尽管基于Attention机制的Transformer类模型有着良好的并行性能，但它的空间和时间复杂度都是 [Math] 级别的， n 是序列长度，所以当 n 比较大时Transformer模型的计算量难以承受。近来，也有不少工作致力于降低Transformer模型的计算量，比如模型剪枝、量化、蒸馏等精简技术，又或者修改Attention结构，使得其复杂度能降低到 [Math] 甚至 [Math] 。 改变这一复杂度的思路主要有两种： 一是走稀疏化的思路，比如OpenAI的Sparse Attention，通过“只保留小区域内的数值、强制让大部分注意力为零”的方式，来减少Attention的计算量。经过特殊设计之后，Attention矩阵的大部分元素都是0，因此理论上它也能节...