Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 1/6

Введение

Разберём модель градиентного бустинга.

Чему вы научитесь

  • Познакомитесь с градиентным бустингом.
  • Узнаете, как снизить переобучение градиентного бустинга.
  • Изучите библиотеку CatBoost.

Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 2/6

Кратко:
  • Ансамбль - набор моделей для решения одной задачи, которые вместе ошибаются в среднем меньше, чем по отдельности.
  • Бустинг - один из подходов к построению ансамблей, где каждая последующая модель учитывает ошибки предыдущей.
  • Итоговая модель - комбинация базовых моделей, где a_N(x) - предсказание ансамбля, N - количество базовых моделей, b_k(x) - предсказание базовой модели, γ_k - вес модели.
  • Задача бустинга - минимизировать функцию потерь MSE.
  • Пример бустинга: создание ансамбля последовательных моделей для задачи регрессии.
  • На каждом шаге алгоритм минимизирует ошибку ансамбля на предыдущем шаге.
  • Обобщенные формулы для вычисления остатка и ансамбля на каждом шаге.

Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 3/6

Кратко:
  • Градиентный бустинг объединяет бустинг и градиентный спуск для минимизации функции потерь.
  • Базовая модель в бустинге стремится "сдвинуть" предсказания в сторону правильных ответов.
  • Градиентный спуск помогает эффективнее минимизировать функцию потерь.
  • Функция потерь может быть любой, с производной, например, среднеквадратичная или логарифмическая.
  • На каждом шаге вычисляется антиградиент функции потерь по предсказанию gN.
  • Базовая модель учится предсказывать gN, а коэффициент при базовой модели настраивает ансамбль.
  • Градиентный бустинг подходит для разных функций потерь с производными, таких как среднеквадратичная и логарифмическая.

Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 4/6

Кратко:
  • Регуляризация градиентного бустинга уменьшает переобучение.
  • Уменьшение размера шага - один из способов регуляризации.
  • Настройка параметров деревьев также может быть использована для регуляризации.
  • Рандомизация подвыборок у базовых моделей bᵢ - еще один способ регуляризации.
  • Выбор коэффициента η, отвечающего за скорость обучения, влияет на размер шага.
  • Ограничение глубины дерева или числа объектов в каждом узле также может быть использовано для регуляризации.
  • Работа с подвыборками уменьшает переобучение и напоминает SGD.

Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 5/6

Кратко:
  • XGBoost, LightGBM и CatBoost - популярные библиотеки градиентного бустинга.
  • XGBoost - открытое программное обеспечение, вышло в 2014 году.
  • LightGBM - разработка компании Microsoft, обучает градиентный бустинг быстро и точно.
  • CatBoost - разработка Яндекса, превосходит другие алгоритмы по метрикам качества.
  • CatBoost работает с категориальными признаками без кодирования.
  • Сравнение библиотек по работе с категориальными признаками, скорости и другим характеристикам.
  • Пример использования CatBoost для задачи о страховых выплатах.
  • CatBoostClassifier - импорт из библиотеки CatBoost.
  • Модель CatBoostClassifier создается с логистической функцией потерь и итерациями.
  • Передаются категориальные признаки модели.
  • Модель обучается методом fit() и предсказание вычисляется методом predict().
  • Параметры, влияющие на результат обучения: глубина дерева, скорость обучения и количество деревьев в ансамбле.

ЧМ.16/24.5/8.5/6.Задача 1

Спринт 16/24 → Тема 5/8: Градиентный бустинг → Урок 6/6

Заключение

Теперь вы умеете:

  • Градиентным бустингом минимизировать функцию потерь;
  • Уменьшать переобучение градиентного бустинга;
  • Работать с библиотекой CatBoost.

Заберите с собой

Чтобы ничего не забыть, скачайте шпаргалку и конспект темы.

В следующей теме вас ждёт самостоятельный проект.