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训练集、验证集和测试集的意义

2018-03-28

训练集、验证集和测试集的意义

在有监督的机器学习中，经常会说到训练集（train)、验证集（validation）和测试集（test），这三个集合的区分可能会让人糊涂，特别是，有些读者搞不清楚验证集和测试集有什么区别。

I. 划分

如果我们自己已经有了一个大的标注数据集，想要完成一个有监督模型的测试，那么通常使用均匀随机抽样的方式，将数据集划分为训练集、验证集、测试集，这三个集合不能有交集，常见的比例是8:1:1，当然比例是人为的。从这个角度来看，三个集合都是同分布的。

如果是做比赛，官方只提供了一个标注的数据集（作为训练集）以及一个没有标注的测试集，那么我们做模型的时候，通常会人工从训练集中划分一个验证集出来。这时候我们通常不再划分一个测试集，可能的原因有两个：1、比赛方基本都很抠，训练集的样本本来就少；2、我们也没法保证要提交的测试集是否跟训练集完全同分布，因此再划分一个跟训练集同分布的测试集就没多大意义了。

II. 参数

有了模型后，训练集就是用来训练参数的，说准确点，一般是用来梯度下降的。而验证集基本是在每个epoch完成后，用来测试一下当前模型的准确率。因为验证集跟训练集没有交集，因此这个准确率是可靠的。那么为啥还需要一个测试集呢？

这就需要区分一下模型的各种参数了。事实上，对于一个模型来说，其参数可以分为普通参数和超参数。在不引入强化学习的前提下，那么普通参数就是可以被梯度下降所更新的，也就是训练集所更新的参数。另外，还有超参数的概念，比如网络层数、网络节点数、迭代次数、学习率等等，这些参数不在梯度下降的更新范围内。尽管现在已经有一些算法可以用来搜索模型的超参数，但多数情况下我们还是自己人工根据验证集来调。

III. 所以

那也就是说，从狭义来讲，验证集没有参与梯度下降的过程，也就是说是没有经过训练的；但从广义上来看，验证集却参与了一个“人工调参”的过程，我们根据验证集的结果调节了迭代数、调节了学习率等等，使得结果在验证集上最优。因此，我们也可以认为，验证集也参与了训练。

那么就很明显了，我们还需要一个完全没有经过训练的集合，那就是测试集，我们既不用测试集梯度下降，也不用它来控制超参数，只是在模型最终训练完成后，用来测试一下最后准确率。

IV. 然而

聪明的读者就会类比到，其实这是一个无休止的过程。如果测试集准确率很差，那么我们还是会去调整模型的各种参数，这时候又可以认为测试集也参与训练了。好吧，我们可能还需要一个“测试测试集”，也许还需要“测试测试测试集”...

算了吧，还是在测试集就停止吧。

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