问题

能不能用简明的语言解释什么是非参数(nonparametric)模型?

回答
行,咱就用大白话,聊聊这“非参数模型”是个啥玩意儿。你可以把它想象成一个特别灵活、不爱被规矩束缚的聪明人,在处理数据的时候,他不像那些“参数模型”那样,上来就给你规定好一套框架,然后往框架里填东西。

先说说它对比的那类——参数模型。

参数模型就像是个有固定模板的模具。你知道你要做一个什么形状的东西,比如一个圆柱体。你就拿一个圆柱体模具,然后往里面灌水泥。这模具的“圆”和“柱”就是它的“参数”。你只要把水泥的量(数据的数量)和水泥的密度(数据的分布特性,比如是不是正态分布)告诉模具,它就能帮你做出一个圆柱体。

这种模型的好处是,如果你的数据真的非常符合那个模具的形状,那它会非常高效,而且你很容易理解这个模具(模型)是怎么工作的。比如,你用线性回归预测房价,你就假设房价和面积是线性关系,这个“线性”就是模型的参数(斜率和截距)。你只要估计出这两个参数,就能预测了。

但问题是,现实世界的数据,哪有那么乖巧,总是符合一套固定的“模具”?

很多时候,数据可能是弯弯绕绕的,形状很难用简单的数学公式就能概括。你非要用一个圆柱体模具去套一个长方体的数据,那结果肯定是不准的。或者,你根本不知道这个数据到底是什么形状,就像你拿到一坨泥巴,不知道最后要捏成什么?

这时候,非参数模型就派上用场了。

非参数模型,就像我刚才说的那个不爱被规矩束缚的聪明人。他拿到数据,不会先给你规定好一个模型框架。他更像是“见招拆招”,根据你给的数据本身来“长出”一个模型来。

你可以理解为,它更注重数据的“局部特性”和“关系”,而不是一股脑地去套用一个全局的、预设好的数学函数。

具体来说,它有几种“不按常理出牌”的方式:

不假设数据的分布形状: 参数模型经常会假设数据服从某种分布,比如正态分布。但非参数模型就说了:“我管你什么分布,你数据是什么样,我就怎么来。” 它不预先对数据的内在规律做任何强假设。
模型的复杂度会随着数据增加而增加: 参数模型一旦确定了它的参数数量,它就一直是这个复杂度。而非参数模型,你给的数据越多,它的模型“学习”到的细节就越多,模型本身的“灵活性”或者说“复杂度”也会相应地增加,它能抓住更细微的模式。
更灵活,能拟合复杂的关系: 因为不被预设的框架束缚,非参数模型可以捕捉到数据中非常复杂、非线性的关系,甚至是一些不规则的模式。

举几个例子,你就更明白了:

1. K近邻(KNN): 这个模型非常直观。你想预测一个新数据点的类别,它就去找跟这个新数据点“最像”的K个老数据点,然后看这K个老数据点大多数是什么类别,就给新数据点也归为那个类别。你看,它有没有什么“斜率”、“截距”的参数?没有。它只是根据“距离远近”这个关系来做判断,这个“距离远近”的计算方式,也算是一种局部规则,而不是一个全局的数学公式。
2. 决策树/随机森林/梯度提升树(比如XGBoost、LightGBM): 它们一层一层地把数据进行划分,每一次划分都基于数据本身的特征来找一个“最佳分割点”。这种划分的过程,就像是在数据中“生长”出一条条决策路径。最终形成的“树”,其结构和复杂程度完全取决于数据本身,而不是预先设定的。
3. 核密度估计(KDE): 你想知道数据的概率密度函数长什么样?它不是让你填一个“高斯分布”的参数,而是用一些“核函数”(比如一个小的“山包”)在每个数据点上“堆叠”起来,然后把这些“山包”加起来,形成一个平滑的概率密度曲线。这个曲线的形状,完全是由你的数据点的位置和数量决定的。
4. 支持向量机(SVM)用核技巧: SVM本身可以看作一个参数模型(在高维空间映射后),但它厉害的地方在于可以通过“核函数”来避免显式地计算高维空间中的映射。这个核函数本身就是一种计算相似度的技巧,使得模型能够“理解”数据在高维空间中的复杂关系,而无需事先知道这个映射的具体形式。

那非参数模型有没有缺点呢?

当然有。既然这么灵活,那也有它的“代价”:

需要更多的数据: 因为它没有预设的框架来指导学习,它需要更多的数据来“看清楚”数据的真实样子,才能构建出可靠的模型。用更少的数据去拟合复杂的关系,很容易过拟合(就像一个人看了几张猫的照片,就以为所有的动物都长那样,看到狗也说是猫)。
计算量可能更大: 有些非参数模型在训练或预测时,需要对大量数据进行比较或计算,所以计算成本可能比参数模型高。
模型解释性可能稍弱: 参数模型,比如线性回归,你一看系数就知道哪个变量影响大,很好解释。非参数模型,尤其是像决策树集合那种,解释起来可能就没那么直接,需要通过可视化或其他方式去理解。

总结一下,用一句更形象的话说:

参数模型 是让你根据“蓝图”(预设模型)来盖房子。
非参数模型 是让你拿到材料(数据),然后根据材料本身的特性,甚至是一点点地“生长”出房子来。

所以,当你手头的数据不那么“乖”,或者你根本不确定数据背后的规律是什么样子的时候,非参数模型就是你的好帮手。它就像一个经验丰富的工匠,不需要图纸,也能根据木头本身的纹理和质地,雕刻出精美的作品。

网友意见

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抽象一点说,参数模型映射成的是几何模型,对应的是几何形变。

非参数模型映射成的是拓扑模型,对应的是拓扑空间极其变换。

在统计学中,其假设是数据分布。

非参数(Nonparametric models)模型对应着一个单词 rank.

rank 有两种翻译, 排序。

秩。

秩是一个很奇特的翻译。

rank 翻译成秩而不是序从拓扑上来说是有很大区别的。


非参数模型最有名的是RSR模型。

上面中写的整个模型其实是基于非参数模型的。

秩和比法(Rank-sum ratio,简称RSR法),是我国学者、原中国预防医学科学院田凤调教授于1988年提出的,集古典参数统计与近代非参数统计各自优点于一体的统计分析方法,它不仅适用于四格表资料的综合评价,也适用于行×列表资料的综合评价,同时也适用于计量资料和分类资料的综合评价。

编秩是RSR法中最核心也是最容易理解的步骤。

  编秩针对每一列的评价指标,编出被评价对象在该指标中的排秩。不管是高优指标还是低优指标,秩次越大表示该指标越优,如果两个被评价对象的评分相等,取平均秩。

  其基本思想是在一个 n 行(n 评价对象)m列(m个评价指标、属性、维度)矩阵中,通过秩转换,获得无量纲的统计量RSR,以RSR值对评价对象的优劣进行排序或分档排序。在综合评价中,秩和比的值能够包含所有评价指标的信息,显示出这些评价指标的综合水平,RSR值越大表明综合评价越优。

优点

  计算简单,除了名字比较拗口外,很容易手算,适合没有数学基础的计算。因为 RSR 只使用了数据的相对大小关系,而不真正运用数值本身,所以此方法综合性强,可以显示微小变动,对离群值不敏感;能够对各个评价对象进行排序分档,找出优劣,是做比较,找关系的有效手段;能够找出评价指标是否有独立性。

缺点

  通过秩替代原始指标值,会损失部分信息;不容易对各个指标进行恰当的编秩。不适合有着大量维度的综合评价体系,这样会导致结果严重失真。

1、编秩:

  秩英文为rank,最初意思为排序的意思。秩序——是两种不同的表达,秩是一个正向指标,序是一个负向指标。比如:某个学生考了第一名,某个学生考了100名,这个就是序,它是一个负向指标,数值越小越牛逼。秩刚好相反,秩次的数值越大越厉害,是正向指标。秩是矩阵中的一个专有名词。翻译过来的时候有点拗口。

  编秩通常是用整秩法。按照从劣到优的顺序进行排名。最差的排名为1,如果有10个评价对象,最好的秩次为10。如果出现相同的排名,如1到10都是相同的排名,则取平均数,全部为5.5。其计算过程为1+2+……+9+10=55,最后除以总数10。

上面是一个例子。

上面是一个表格,每一列代表具体的意义,这个数值是典型的参数模型,具有明确的含义的。

编秩后就转化成了彻底意义上的非参数模型。

比如上面的就是非参数模型了。


最最简单的描述

知乎上天天说谁比谁牛逼,谁比谁垃圾,某某很坏,这种排序性的结论,就是非参数模型。

综合评价给出优劣的比较的,就是非参数模型。

参数类模型是可以转化成非参数类模型的。

反之则不成立,会有信息的丢失,除非补充必要的信息。

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