統計學習理論

覆蓋數與度量熵

一個函數類別可以是無限的,但在給定的解析度下,真正實質相異的函數只有有限多個重要。想像擺放半徑 epsilon 的球,使類別中每個函數都落在某球心的 epsilon 範圍內;覆蓋數就是你所需的最少球心數,而它的對數就是度量熵。它是類別有效大小的、隨解析度而變的計數:解析度粗,代表元就少;解析度細,就多。

給定一個度量(常是樣本上的經驗距離),覆蓋數是最小 epsilon-網的基數,其對數即度量熵。它們以兩種方式餵入泛化。簡單的離散化加聯集界給出單一尺度的界;更銳利得多的是 Dudley 熵積分,它把度量熵的平方根對所有尺度積分,以界定 Rademacher 複雜度,捕捉了「多解析度波動會累加」的鏈結(chaining)直覺。覆蓋數也透過 Haussler 界與 VC 維度相連,並對實值類別連到肥打碎(fat-shattering)維度。

度量熵是貫通統計、逼近論與經驗過程論的通用語言;它的成長速率決定估計的極小極大率。若一個類別的對數覆蓋數以 epsilon 的某個負次方成長,便給出可預測的收斂速度,而那個指數往往等於某個平滑度與維度之比。代價在技術面:對深度網路這類豐富類別計算或界定覆蓋數十分精細,常常只知道到常數或對數的程度。

\hat{\mathfrak{R}}_S(F)\le \inf_{\alpha>0}\Big(4\alpha+\frac{12}{\sqrt{m}}\int_{\alpha}^{\infty}\sqrt{\log N(\varepsilon,F,L_2)}\,d\varepsilon\Big)

Dudley 熵積分透過跨所有尺度串接覆蓋數,來界定 Rademacher 複雜度。

又稱
covering numbersmetric entropy覆蓋數度量熵