2026-08-28·par Sijie Wang#idea#math

pac

PAC —— 概率近似正确

上级:learning-theory 前置:learning-theory —— 定义了 c、H、h、D、err(h)、ε、δ、m。

Valiant(1984)提出的框架,用来刻画"从随机样本中学习"——它给出了"可学习"这个概念的定义。

PAC 可学习(PAC-learnable)

目标概念 c 存在于一个已知的假设类 H 中;带标签的样本从一个未知分布 D 中独立同分布地抽取。如果存在一个算法,对任意精度 ε、置信度 δ 和分布 D,只用关于 1/ε 和 1/δ 呈多项式规模的样本数 m,就能输出满足下式的 h ∈ H,那么这个类就称为PAC 可学习: error(h) ≤ ε——近似正确——且概率 ≥ 1−δ——大概率。

这里有两个相互独立的容忍度:ε = 精度(h 允许错到什么程度)和δ = 置信度(整次运行允许失败的频率)。你从不要求确定无疑的精确真理——只要求落在ε 之内,并且1−δ 的时候成立。

需要多少数据?(样本复杂度)

对于一个有限的假设类,一个足够的界是

m  ≥  1ε(ln⁡∣H∣+ln⁡1δ)m \;\ge\; \frac{1}{\varepsilon}\left(\ln|H| + \ln\frac{1}{\delta}\right)

读法:假设类越丰富(ln|H| 越大),需要的数据越多;精度要求越高(1/ε),需要的数据越多;置信度要求越高(ln(1/δ)),需要的数据也稍微多一点。对于无限的 H,ln|H| 这一项被替换为 VC dimension。

具体例子——学习一个矩形

目标:一个未知的轴对齐矩形;点落在内部标记为 +,落在外部标记为 −。算法:输出恰好包住已见到的所有 + 点的最小矩形。

它可能在哪里出错?只可能出在真实矩形与(更小的)学到的矩形之间那一圈薄薄的边框上——那里的点其实是 +,却被预测成 −。把这圈边框切成 4 条带;每条带的概率会随着看到的 + 点增多而不断缩小,取 m = O((1/ε) ln(1/δ)) 个样本后,每条带的概率都以 1−δ 的置信度落在 ≤ ε/4。总误差 ≤ ε。PAC 学到了——注意这个结果也永远只是大概率地近似那个真实矩形,从来不是精确等于它。

可实现 vs 不可知(Realizable vs agnostic)

  • 可实现(Realizable): 存在某个完美的 h ∈ H(真相就在这个类里)。
  • 不可知(Agnostic): 不存在完美的 h;你退而求其次,接受一个与类内最优相差在 ε 之内的 h。保证的形式相同,样本数为 1/ε²。
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