判别式模型 vs. 生成式模型

1. 简介  

生成式模型(generative model)会对(x)和(y)的联合分布(p(x,y))进行建模,然后通过贝叶斯公式来求得(p(y|x)), 最后选取使得(p(y|x))最大的(y_i). 具体地, (y_{*}=arg max_{y_i}p(y_i|x)=arg max_{y_i}frac{p(x|y_i)p(y_i)}{p(x)}=arg max_{y_i}p(x|y_i)p(y_i)=arg max_{y_i}p(x,y_i)).

  判别式模型(discriminative model)则会直接对(p(y|x))进行建模.

  关于二者之间的优劣有大量的讨论. SVM的发明者Vapnik声称"one should solve the (classification) problem directly and never solve a more general problem as an intermediate step [such as modeling p(x|y)]", 但是, 最近Deep Learning大行其道, 其代表性算法DBN就是生成式模型. 通常来说, 因为生成式模型要对类条件密度(class conditional density)(p(x|y_i))进行建模, 而判别式模型只需要对类后验密度(class-posterior density)进行建模, 前者通常会比后者要复杂, 更难以建模, 如下图所示.

2. 对比

下面简单比较下生成式模型和判别式模型的优缺点.

  1. 一般来说, 生成式模型都会对数据的分布做一定的假设, 比如朴素贝叶斯会假设在给定(y)的情况下各个特征之间是条件独立的:(p(X|y)=prod_{i=1}^{N}p(x_i|y)), GDA会假设

(p(X|y=c, heta)=mathcal{N}(mu_c,Sigma_c)). 当数据满足这些假设时, 生成式模型通常需要较少的数据就能取得不错的效果, 但是当这些假设不成立时, 判别式模型会得到更好的效果.

  2. 生成式模型最终得到的错误率会比判别式模型高, 但是其需要更少的训练样本就可以使错误率收敛[限于Genarative-Discriminative Pair, 详见[2]].

  3. 生成式模型更容易拟合, 比如在朴素贝叶斯中只需要计下数就可以, 而判别式模型通常都需要解决凸优化问题.

  4. 当添加新的类别时, 生成式模型不需要全部重新训练, 只需要计算新的类别(y_new)和(x)的联合分布(p(y_new,x))即可, 而判别式模型则需要全部重新训练.

  5. 生成式模型可以更好地利用无标签数据(比如DBN), 而判别式模型不可以.

  6. 生成式模型可以生成(x), 因为判别式模型是对(p(x,y))进行建模, 这点在DBN的CD算法中中也有体现, 而判别式模型不可以生成(x).

  7. 判别式模型可以对输入数据(x)进行预处理, 使用(phi(x))来代替(x), 如下图所示, 而生成式模型不是很方便进行替换.

  

  左图中直接使用(x)进行逻辑斯蒂回归, 而右图则使用径向基核对(x)进行变换后再使用逻辑斯蒂回归.

 3. 二者所包含的算法

  3.1 生成式模型

  • 判别式分析
  • 朴素贝叶斯
  • K近邻(KNN)
  • 混合高斯模型
  • 隐马尔科夫模型(HMM)
  • 贝叶斯网络
  • Sigmoid Belief Networks
  • 马尔科夫随机场(Markov Random Fields)
  • 深度信念网络(DBN)

  3.2 判别式模型

  • 线性回归(Linear Regression)
  • 逻辑斯蒂回归(Logistic Regression)
  • 神经网络(NN)
  • 支持向量机(SVM)
  • 高斯过程(Gaussian Process)
  • 条件随机场(CRF)
  • CART(Classification and Regression Tree)

参考文献:

  [1]. Kevin P. Murphy. Machine Learning: A Probabilistic Perspective, Chapter 8.6, Page267-271.

  [2]. Andrew Y. Ng, Micheal I. Jordan. On Discrimintive vs. Generative Classifiers: A comparison of logistic regression and naive Bayes.

  [3]. Stack Overflow: What is the difference between a Generative and Discriminative Algorithm?

原文地址:https://www.cnblogs.com/kemaswill/p/3427422.html