یادگیری ماشین یک رشته گسترده از علوم کامپیوتر است که به‌طور گسترده‌ای در زمینه‌های مختلفی از جمله پزشکی، تجارت، رباتیک و غیره استفاده می‌شود. در دوره‌های ماشین لرنینگ، دانشجویان با مباحث مختلفی همچون شبکه‌های عصبی، رگرسیون خطی، وکتورهای ماشین، آموزش یادگیری ماشین و دیگر موضوعات آشنا می‌شوند. در این میان، regularization در یادگیری ماشین بسیار مهم است. در واقع، regularization از روش‌هایی است که برای جلوگیری از overfitting در مدل‌های یادگیری ماشین استفاده می‌شود. در این میان، متلب و پایتون از جمله زبان‌هایی هستند که در یادگیری ماشین استفاده می‌شوند. در این مقاله، به بررسی regularization در یادگیری ماشین پرداخته می‌شود.
آشنایی با regularization در یادگیری ماشین
regularization در یادگیری ماشین یک روش است که به کاهش اثرات بیش‌برازش (overfitting) داده‌های آموزشی بر روی مدل کمک می‌کند. در واقع، بیش‌برازش یکی از مشکلات اساسی در یادگیری ماشین است که وقتی مدل به شدت به داده‌های آموزشی وابسته می‌شود و برای داده‌های جدید عمل‌کرد ضعیفی دارد، ایجاد می‌شود.
regularization با اضافه کردن یک جریمه به تابع هدف (objective function) که معمولا شامل خطای آموزشی و جریمه برای پارامترهای بیش‌برازش‌شده‌است، مدل را مجبور می‌کند که از پیچیدگی زیاد خودداری کند و به جای آن، به یادگیری الگوهای معمول و کلی متمرکز شود.
علاوه بر این، دو روش اصلی regularization وجود دارند: L۱ و L۲. در روش L۱، جریمه برای پارامترهایی اعمال می‌شود که به صفر نزدیک هستند و در نتیجه، بسیاری از پارامترها صفر می‌شوند و ما به یک مدل خطی ساده می‌رسیم. اما در روش L۲، جریمه برای پارامترهایی اعمال می‌شود که بزرگتر از صفر هستند و در نتیجه، پارامترهای کوچکتری نسبت به L۱ حفظ می‌شوند.
به‌طور کلی، regularization در یادگیری ماشین یک روش مهم برای کاهش بیش‌برازش است و به خوبی کارایی مدل را در داده‌های جدید ارتقا می‌دهد.
راهکارهایی برای جلوگیری از overfitting در یادگیری ماشین
یادگیری ماشین یکی از مهم‌ترین موضوعات در حوزه‌های مختلف است. در این حوزه، یکی از مسائل مهم overfitting است. overfitting به معنای بسیار شبیه شدن داده‌های آموزشی به مدل است. این موضوع باعث می‌شود که مدل، قابلیت تعمیم‌پذیری خود را در مقابل داده‌های جدید از دست بدهد. برای جلوگیری از این مشکل، یکی از راه‌های موجود regularization است.
regularization، یک تکنیک مهم در یادگیری ماشین است که به منظور کاهش overfitting به کار می‌رود. این تکنیک بر اساس تغییر تابع هزینه مدل، از طریق اضافه کردن جمله‌ای به آن، برای کاهش شبیه شدن داده‌های آموزشی به مدل به کار می‌رود.
راهکارهای دیگری نیز برای جلوگیری از overfitting در یادگیری ماشین وجود دارد. به عنوان مثال، استفاده از cross-validation و early stopping می‌تواند به کاهش overfitting کمک کند. همچنین، تغییر ساختار مدل و تنظیم پارامترهای آن نیز می‌تواند موثر باشد.
با توجه به اهمیت overfitting در یادگیری ماشین، شناخت راهکارهای موجود برای جلوگیری از آن برای افرادی که با این حوزه کار می‌کنند بسیار حائز اهمیت است.
آموزش دوره ماشین لرنینگ با استفاده از پایتون
در دوره آموزشی ماشین لرنینگ با استفاده از پایتون، یکی از مفاهیم مهمی که باید با آن آشنا شویم، regularization است. regularization در واقع یک روش است که برای کاهش اثر پدیده overfitting در مدل‌سازی استفاده می‌شود. به عبارت دیگر، overfitting زمانی رخ می‌دهد که مدل داده‌های آموزشی خود را به گونه‌ای تنظیم کند که به بهترین نحو ممکن به این داده‌ها بخورد، اما در نتیجه پیش‌بینی‌های ضعیفی را برای داده‌های جدید ارائه می‌دهد.
با استفاده از روش regularization، مدل به گونه‌ای تنظیم می‌شود که نه فقط به داده‌های آموزشی بلکه به داده‌های جدید نیز بخوبی بپردازد. در واقع، regularization با تعیین یک جریمه برای افزایش وزن‌های بزرگ مدل، از این جنس از overfitting جلوگیری می‌کند.
یکی از روش‌های معمول برای انجام regularization، استفاده از L۱ و L۲ regularization است. در L۱ regularization، یک جریمه برای مقادیر بزرگ وزن‌ها تعیین می‌شود، در حالی که در L۲ regularization، جریمه برای مجموع مربعات وزن‌ها محاسبه می‌شود. همچنین، مقدار جریمه نیز باید به دقت تعیین شود، زیرا مقدار زیادی جریمه باعث می‌شود که مدل به‌طور کلی کمتر شود و مقدار کم جریمه هم ممکن است در اثر overfitting بدیهی باشد.
استفاده از regularization در مدل‌سازی یادگیری ماشین امری بسیار حیاتی است و هر یادگیری‌دهنده‌ای باید این مفهوم را به خوبی بشناسد تا بتواند مدل‌های بهتری بسازد.
پیشنهاد مطالعه: یادگیری هوش مصنوعی با پایتون
مقایسه رگرسیون خطی، شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان در یادگیری ماشین
در یادگیری ماشین، regularization یک تکنیک مهم است که باعث کاهش اورفیت شدن مدل می‌شود. در واقع، regularization به ما کمک می‌کند تا مدل‌های پیچیده‌تری را بسازیم که بهترین عمل‌کرد را داشته باشند. این تکنیک به دو روش رگرسیون L۱ و L۲ انجام می‌شود.
در مقایسه رگرسیون خطی، شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان در یادگیری ماشین، نتایج نشان داده است که استفاده از regularization برای کاهش اورفیت شدن مدل‌ها، بهبود قابل‌توجهی در عمل‌کرد مدل داشته است. با استفاده از روش‌های regularization، می‌توان مدل‌های پیچیده‌تری را ساخت که قابلیت پیش‌بینی دقیق‌تری را دارند.
در مقایسه بین رگرسیون خطی، شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان، نتایج نشان داده است که استفاده از ماشین بردار پشتیبان با رگرسیون L۱ و L۲، بهترین عمل‌کرد را دارد. با این حال، استفاده از شبکه عصبی نیز می‌تواند به دلیل قابلیت پیش‌بینی بالاتر در برخی موارد مناسب باشد.
نتیجه گیری
با توجه به مطالب بیان شده، regularization در یادگیری ماشین یکی از روش‌های مهم برای کاهش اثرات بیش‌برازش داده‌های آموزشی است. روش‌های دیگری نیز برای جلوگیری از overfitting در یادگیری ماشین وجود دارد. در دوره آموزشی ماشین لرنینگ با استفاده از پایتون، مفاهیم مهمی مانند regularization آموزش داده می‌شود. با استفاده از این تکنیک، می‌توان مدل‌های پیچیده‌تری را ساخت که قابلیت پیش‌بینی دقیق‌تری را دارند. نتایج مقایسه بین رگرسیون خطی، شبکه عصبی و ماشین بردار پشتیبان نشان می‌دهد که استفاده از ماشین بردار پشتیبان با رگرسیون L۱ و L۲، بهترین عمل‌کرد را دارد. در کل، regularization در یادگیری ماشین یکی از مهم‌ترین تکنیک‌ها است که با استفاده از آن، می‌توان عمل‌کرد مدل‌ها را بهبود بخشید.
