本文整理 44 处重点知识,按“定义 → 条件或意义 → 例子 → 误区”重新分组,方便集中复习。

一、概率论与统计基础

1. 大数定律

当样本独立同分布且期望存在等条件成立时,样本量越大,样本均值越接近总体均值。

  • 业务意义:抽取足够多用户后,样本人均消费会逐渐稳定在总体人均消费附近,这是通过抽样辅助业务决策的理论基础。
  • 注意:大样本只能降低随机误差,不能修复选择偏差、错误埋点或样本非独立问题。

2. 中心极限定理

在独立同分布、方差有限等条件下,样本均值经过标准化后会随样本量增加而近似服从正态分布。

  • 业务意义:即使原始消费额高度右偏,样本均值仍常可用正态近似构造置信区间。
  • 注意:它描述的是样本均值的抽样分布,不是说原始数据会变成正态分布。

3. 贝叶斯公式

贝叶斯公式本质上是用新证据更新已有判断:

P(A∣B)=P(B∣A)P(A)P(B)P(A\mid B)=\frac{P(B\mid A)P(A)}{P(B)}
  • 例子:规则对欺诈订单的命中率很高,不等于被命中的订单大概率是欺诈,还要考虑欺诈的基础发生率。
  • 考点:先验、似然、后验和基础率谬误。

4. 全概率公式

若 B1,…,BkB_1,\ldots,B_k 构成互斥完备划分,则:

P(A)=∑iP(A∣Bi)P(Bi)P(A)=\sum_i P(A\mid B_i)P(B_i)
  • 例子:总体转化率等于各渠道转化率按渠道流量占比加权。
  • 价值:它是指标分解与理解辛普森悖论的基础。

5. 正相关指标的组合波动

多个高波动且高度正相关的指标相加,并不会显著降低组合波动。由

Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)+2Cov(X,Y)Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)+2Cov(X,Y)

可见,正协方差会增加组合方差;只有分散到低相关或负相关的变量,才更可能降低整体波动。

6. 相关系数

相关系数是标准化协方差,取值范围为 [−1,1][-1,1];Pearson 相关主要衡量线性关系。

  • 误区:相关为 0 不代表独立;相关也不代表因果。
  • 注意:异常值、非线性关系和样本范围限制都可能改变相关系数。

7. 常见概率分布的业务例子

  • 是否点击可用伯努利分布建模。
  • 100 次曝光中的点击数可用二项分布建模。
  • 一分钟内的订单数可考虑泊松分布。

选择分布时要说明变量类型、关键假设、期望方差和适用场景,而不只是背密度函数。

8. 德摩根定律

德摩根定律描述集合或事件取补集时,交集与并集如何相互转换,也就是:交的反等于反的并,并的反等于反的交。

(A∩B)c=Ac∪Bc(A\cap B)^c=A^c\cup B^c
(A∪B)c=Ac∩Bc(A\cup B)^c=A^c\cap B^c
  • 直观理解:“并非 A 和 B 同时发生”等价于“A 没发生或 B 没发生”;“A、B 都没发生”等价于“A 或 B 均未发生”。
  • 注意:补集必须相对于同一个全集讨论;这里的“或”是数学中的包含性“或”,允许两种情况同时成立。

二、抽样与统计估计

9. 分层抽样

先按地区、年龄或用户等级等特征将总体分层,再从各层分别抽样。

  • 优点:保证小规模关键群体被覆盖;当层内差异小、层间差异大时还能降低方差。
  • 注意:汇总时应依据抽样概率使用正确权重;不要把这里的层内、层间差异与方差分析中的组内、组间方差混淆。

10. 最大似然估计(MLE)

最大似然估计选择使已经观察到的数据最可能出现的参数值。

  • 例子:nn 次曝光中出现 xx 次点击,伯努利点击率的 MLE 为 x/nx/n。
  • 性质:正则条件下具有一致性、渐近正态性和渐近有效性,但小样本下可能有偏。

11. 贝叶斯估计

贝叶斯估计把参数视为随机变量,通过“后验正比于似然乘以先验”更新认知:

P(θ∣D)∝P(D∣θ)P(θ)P(\theta\mid D)\propto P(D\mid\theta)P(\theta)

可以把整个过程记成:原来的认识 + 新观察到的证据 → 更新后的认识。

  • θ\theta:想估计的参数,例如硬币正面朝上的概率。
  • DD:已经观察到的数据。
  • P(θ)P(\theta):先验分布,即看到数据前的判断。
  • P(D∣θ)P(D\mid\theta):似然,即参数取某个值时出现这些数据的可能性。
  • P(θ∣D)P(\theta\mid D):后验分布,即看到数据后的更新判断。

硬币例子:起初根据常识认为一枚硬币大概率公平;抛 10 次后出现 8 次正面,于是提高对“正面概率较高”的估计,但不会仅凭 10 次实验就断言概率一定是 80%。先验约束了小样本下的过度反应,数据增多后似然的影响会逐渐增强。

与频率学派估计的区别:频率学派通常把未知参数视为固定但未知的数;贝叶斯方法用概率分布描述参数的不确定性,因此能直接表达“参数更可能落在哪个范围”。

适用场景:

  • 数据较少,但有可靠的历史经验可作为先验;
  • 新数据持续到来,需要不断更新判断;
  • 不只需要一个点估计,还要描述估计的不确定性。

业务例子:新频道样本很少时,以全站历史转化率作为先验,可减少 0% 或 100% 的极端估计。

注意:要说明先验选择及敏感性;贝叶斯可信区间与频率学派置信区间的解释不同。贝叶斯估计不是一次性给出答案,而是随着新证据不断更新答案。

12. 标准差与标准误

标准差描述个体观测的离散程度,标准误描述估计量在重复抽样中的波动。独立同分布时:

SE(Xˉ)=snSE(\bar X)=\frac{s}{\sqrt n}
  • 样本量扩大 4 倍,均值标准误约缩小一半,但个体标准差不会因此消失。
  • 实际抽样误差:这一次估计究竟偏了多少。
  • 抽样平均误差:估计通常会波动多大。
  • 抽样极限误差:在指定置信水平下,用“临界值 × 抽样平均误差”得到置信区间半宽。

三、置信区间与假设检验

13. 置信区间

在重复抽样意义下,按同一方法构造的大量 95% 置信区间中,约有 95% 会覆盖真实参数。

  • 业务意义:置信区间同时表达效应方向、大小与不确定性。
  • 误区:频率学派中不能严格表述为“真实参数有 95% 的概率落在这一个已经算出的区间里”。
  • 直觉:真实值像位置固定但看不见的鱼,每次抽样撒出一张位置不同的网;95% 置信水平表示长期来看约 100 张网中有 95 张能罩住鱼。

14. 假设检验

先提出原假设,再衡量当前数据与原假设的矛盾程度。

  1. 定义原假设与备择假设;
  2. 选择检验统计量;
  3. 设定显著性水平;
  4. 计算 p 值或拒绝域;
  5. 结合效应量和业务价值决策。

结论依赖样本量、模型假设和数据质量。原假设通常是希望通过证据加以反驳的基准命题。

15. p 值

p 值是在原假设成立时,观察到当前结果或更极端结果的概率。

  • 正确理解:p 值越小,数据与原假设的矛盾越强。
  • 误区:p 值不是原假设为真的概率,也不是结果由随机性造成的概率。

16. 第一类错误与第二类错误

  • 第一类错误:原假设为真却被拒绝,即假阳性,概率为 α\alpha。
  • 第二类错误:原假设为假却未被拒绝,即假阴性,概率为 β\beta。
  • 统计功效:1−β1-\beta,表示检测到真实效应的概率。
  • 权衡:样本量固定时,降低 α\alpha 通常会提高 β\beta。

17. 统计显著与业务显著

统计显著说明数据对“没有差异”构成较强证据;业务显著还要看提升幅度、收益、成本和风险。

  • 例子:亿级样本中 0.01% 的提升可能统计显著,但开发成本可能远高于收益。
  • 建议:同时报告效应量、置信区间和业务价值。

检验统计量把“样本结果与原假设的差异”除以“随机抽样通常产生的波动”,将差异换算为标准误单位:

检验统计量=样本估计值−原假设规定值样本估计值的标准误\text{\text{检验统计量}}=\frac{\text{\text{样本估计值}}-\text{\text{原假设规定值}}}{\text{\text{样本估计值的标准误}}}

它回答的是:如果原假设成立,这次样本结果究竟有多反常? 例如样本均值比标称值低 3 毫升,在标准误为 10 毫升时并不反常,在标准误为 0.5 毫升时却非常反常。

从统计量到 p 值:

  1. 从样本计算检验统计量;
  2. 确定原假设下它服从的理论分布;
  3. 根据备择假设确定单侧或双侧的“更极端”区域;
  4. 计算该区域的尾部概率,得到 p 值。

以单样本 t 检验为例,若 xˉ=7.5\bar x=7.5、μ0=8\mu_0=8、s=1s=1、n=25n=25,则 SE=1/25=0.2SE=1/\sqrt{25}=0.2,t=(7.5−8)/0.2=−2.5t=(7.5-8)/0.2=-2.5,自由度为 24,双侧 p≈0.0197p\approx0.0197。正确解释是“样本均值比原假设值低 2.5 个标准误”,而不是“差异一定很大”。

为什么样本量会影响显著性:样本量增加时,标准误通常按 1/n1/\sqrt n 缩小,同样大小的实际差异会对应更极端的检验统计量。因此大样本很容易让微小差异达到统计显著,更需要同时看效应量与业务意义。

常见统计量:

  • zz:总体标准差已知、大样本正态近似或比例检验;
  • tt:总体标准差未知的均值检验;
  • χ2=∑(O−E)2/E\chi^2=\sum (O-E)^2/E:分类频数、拟合优度或总体方差检验;
  • F=MSbetween/MSwithinF=MS_{between}/MS_{within}:方差分析、联合检验或嵌套模型比较。

zz 和 tt 保留差异方向;χ2\chi^2 与 FF 非负且通常看右尾。双侧检验在两端计算尾部概率,单侧检验只看预先规定的方向,不能看到结果后再改方向。

与临界值和置信区间的关系:在 5% 双侧标准正态检验中,∣z∣>1.96|z|>1.96 与 p<0.05p<0.05 等价;对同一模型,若原假设值不在 95% 置信区间内,也会拒绝对应的双侧原假设。

最后区分三个概念:参数描述总体,样本统计量由样本计算并估计参数,检验统计量则把样本统计量与原假设进行标准化比较。解释结果时还要结合自由度、检验方向、置信区间、效应量和业务意义。

18. t 检验

t 检验用于一个总体均值、两个独立总体均值或配对差值均值的检验。

其核心可概括为:

t=观察到的均值差异差异的标准误t=\frac{\text{\text{观察到的均值差异}}}{\text{\text{差异的标准误}}}

∣t∣|t| 越大,差异越难用随机抽样波动解释。原假设通常表示“没有均值差异”,p 值是在原假设成立时观察到当前或更极端 tt 值的概率;p≥0.05p\geq0.05 只表示证据不足,并不证明两组完全相同。

三种常见检验:

  • 单样本 t 检验:比较一组数据的均值与某个已知值;
  • 独立样本 t 检验:比较两个互不相关群体的均值,无法确认方差相等时通常优先用 Welch t 检验;
  • 配对样本 t 检验:比较同一批对象在两个时点或条件下的结果,本质上检验每一对差值的均值。

单样本例子:n=10n=10、xˉ=105\bar x=105、s=4s=4,检验 μ0=100\mu_0=100。标准误为 4/10≈1.2654/\sqrt{10}\approx1.265,所以 t≈3.95t\approx3.95、自由度 df=9df=9,双侧 p≈0.0033p\approx0.0033,有证据认为总体均值与 100 不同。

双侧 p 值为:

p=2P(Tdf≥∣tobs∣)p=2P(T_{df}\geq |t_{obs}|)

为什么用 t 分布:总体标准差未知时,只能用样本标准差代替,引入额外不确定性。t 分布比标准正态分布尾部更厚;自由度越小尾部越厚,自由度增大时逐渐接近标准正态分布。

使用前提:因变量为数值型;观察相互独立(配对设计除外);数据或配对差值近似正态;不存在严重影响结果的极端异常值。

注意:统计显著不等于现实重要。除了 p 值,还应查看实际差异、置信区间、效应量与业务意义。

19. 卡方检验

卡方检验用于分类变量独立性检验或拟合优度检验。

它关注人数、次数、个数等频数,而不是均值。核心是比较观察频数 OO 与原假设下的期望频数 EE:

χ2=∑(O−E)2E\chi^2=\sum\frac{(O-E)^2}{E}

OO 与 EE 越接近,χ2\chi^2 越小;偏离越大,χ2\chi^2 越大。卡方统计量非负,因此检验使用右尾概率。

三类用途:

  • 独立性检验:两个分类变量是否有关联,例如设备类型与是否转化;
  • 拟合优度检验:一个分类变量的频数分布是否符合预期,例如骰子是否公平;
  • 同质性检验:不同总体的类别分布是否相同,例如各城市支付方式分布是否一致。

独立性检验例子:200 人中,男性购买/未购买会员为 60/40,女性为 40/60。每格期望频数都是 100×100/200=50100\times100/200=50,所以 χ2=8\chi^2=8,自由度 (2−1)(2−1)=1(2-1)(2-1)=1,右尾 p≈0.0047p\approx0.0047,说明性别与购买会员存在统计学关联。

使用条件:

  • 输入必须是频数,而不是百分比、均值或连续测量值;
  • 观察对象相互独立,各类别互斥;
  • 每格期望频数最好不低于 5。较宽松的经验是至少 80% 的格子不低于 5,且没有格子低于 1;
  • 小样本 2×2 列联表可考虑 Fisher 精确检验。

显著后还要报告关联强度,例如 Cramér's V:

V=χ2n×min⁡(r−1,c−1)V=\sqrt{\frac{\chi^2}{n\times\min(r-1,c-1)}}

卡方显著只能说明变量有关联,不能证明因果关系。

20. 方差分析(ANOVA)

方差分析用于检验三个及以上组的总体均值是否全部相等。

虽然名字叫“方差分析”,最终关心的仍是均值。它通过比较组间变异与组内变异,判断均值差异是否超出了随机波动:

F=MSbetweenMSwithinF=\frac{MS_{between}}{MS_{within}}

FF 接近 1 时,组间差异与组内随机波动相近;FF 很大时,说明分组对应的均值差异相对更强。原假设为所有组均值相等,备择假设为至少一组均值不同。

为什么不反复做 t 检验:三组需要比较 3 次,每次都用 0.05 显著性水平时,至少一次假阳性的概率约为 1−0.953=14.3%1-0.95^3=14.3\%。ANOVA 先做一次整体检验,可避免这类错误率膨胀。

常见类型:

  • 单因素 ANOVA:一个分类自变量;
  • 双因素或多因素 ANOVA:检验多个因素的主效应与交互作用;
  • 重复测量 ANOVA:同一批对象在多个时点或条件下重复测量;
  • Welch ANOVA:各组方差不齐时的稳健选择。

计算例子:A、B、C 三组均值分别为 80、88、72,各 5 人,总均值为 80。若 SSbetween=640SS_{between}=640、SSwithin=86SS_{within}=86,则 dfbetween=2df_{between}=2、dfwithin=12df_{within}=12,MSbetween=320MS_{between}=320、MSwithin≈7.167MS_{within}\approx7.167,从而 F≈44.65F\approx44.65、p<0.001p<0.001,有证据认为至少一组均值不同。

显著后的工作:整体显著并不说明具体哪几组不同,需要 Tukey HSD、Games–Howell 或预先计划的对比来定位差异,并控制多重比较错误率。

使用条件:因变量连续、自变量分类、观察相互独立、各组残差近似正态;传统 ANOVA 还要求方差近似相等。方差不齐时可用 Welch ANOVA,严重偏离正态或有明显异常值时可考虑 Kruskal–Wallis 检验。

还应报告效应量,如 η2=SSbetween/SStotal\eta^2=SS_{between}/SS_{total}。统计显著不等于效应大;观察性数据中的显著结果也不自动具有因果含义。


四、A/B 实验与因果推断

21. 随机化单位

随机化单位是实施随机分组的最小单位,可以是用户、设备、门店、城市或社群。

  • 例子:评估用户级功能时通常按用户随机,避免同一用户在两组之间切换。
  • 注意:随机化单位必须与干扰范围及标准误计算相匹配。

22. SRM(样本比例失衡)

SRM 指实际分流比例显著偏离预期比例。

  • 常见原因:分流逻辑错误、埋点丢失、过滤规则不同、客户端版本差异。
  • 原则:出现 SRM 时先排查实验系统,不能直接解释实验效果。

23. A/A 实验

A/A 实验让两组接受完全相同的处理,用来验证随机分流、埋点、指标计算和实验平台。

  • 预期:长期重复 A/A 实验时,约有 α\alpha 比例出现假阳性。
  • 误区:一次 A/A 不显著不能证明系统绝对没有问题。

24. 实验前样本量计算

根据 MDE、显著性水平、目标功效、指标方差和分流比例确定样本量。

  • 意义:MDE 是业务上希望稳定识别的最小效果,而不是希望实验最终得到的效果。
  • 注意:实验还需覆盖完整周周期、延迟转化窗口和流量波动。

更一般地,样本量取决于估计目标、允许误差、置信水平、总体波动、总体规模、抽样设计与预计失访率。计算前应明确 Zα/2Z_{\alpha/2}、允许误差 dd、总体标准差 σ\sigma 或预期比例 pp、总体规模 NN、设计效应 DEFFDEFF 和无效样本率 rr。

简单随机抽样:估计总体比例时,基础样本量为

n0=Zα/22p(1−p)d2n_0=\frac{Z_{\alpha/2}^2p(1-p)}{d^2}

95% 置信水平、p=0.5p=0.5、d=0.05d=0.05 时,n0≈384.16n_0\approx384.16,向上取整为 385。未知 pp 时取 0.5 最保守。估计总体均值时:

n0=(Zα/2σd)2n_0=\left(\frac{Z_{\alpha/2}\sigma}{d}\right)^2

有限总体修正:总体规模不大、抽样比例较高时使用

n=Nn0N+n0−1n=\frac{Nn_0}{N+n_0-1}

例如 N=1000N=1000、n0=385n_0=385 时需要约 279 人;当 n/N<5%n/N<5\% 时,修正通常影响很小。

分层抽样:按比例分配为 nh=nNh/Nn_h=nN_h/N;若希望内部波动大的层获得更多样本,可用 Neyman 分配

nh=nNhSh∑NhShn_h=n\frac{N_hS_h}{\sum N_hS_h}

有调查成本差异时还可按 NhSh/chN_hS_h/\sqrt{c_h} 加权。没有可靠历史信息时,通常先按简单随机抽样计算总量,再分配到各层。

系统抽样:间隔 k=N/nk=N/n,样本量通常沿用简单随机抽样公式,但总体名单不能存在与抽样间隔相似的周期性。

整群与多阶段抽样:群内对象往往相似,需要用设计效应放大样本量:

ncluster=nSRS×DEFF,DEFF=1+(m−1)ρn_{cluster}=n_{SRS}\times DEFF,\qquad DEFF=1+(m-1)\rho

mm 为每群平均人数,ρ\rho 为群内相关系数。总样本固定时,多抽一些群、每群少抽一些人,通常更有效。多阶段抽样同样以综合设计效应修正。

PPS 与不等概率抽样:样本量先按基础公式乘设计效应;分析时使用权重 wi=1/πiw_i=1/\pi_i。权重差异引起的设计效应可近似写为 DEFFw=1+CV(w)2DEFF_w=1+CV(w)^2。

非概率抽样:便利、配额与滚雪球抽样无法保证已知入样概率。增加样本只能降低随机误差,不能消除选择偏差,也不能自动赋予总体代表性。

失访修正:

nfinal=neffective1−rn_{final}=\frac{n_{effective}}{1-r}

例如基础样本 385、整群设计中 m=20m=20、ρ=0.05\rho=0.05,则 DEFF=1.95DEFF=1.95,需要约 751 个有效样本;预计 15% 无效时,需要计划抽取 751/0.85≈884751/0.85\approx884 人,即至少 45 个每群 20 人的社区。

25. 新奇效应与学习效应

用户刚接触新功能时的行为可能不同于长期稳定行为。

  • 例子:新入口刚上线时因好奇获得高点击,数周后效果衰减。
  • 建议:实验覆盖完整业务周期,并观察处理效应随时间的变化。

26. 网络效应与干扰

一个单位接受处理后影响其他单位的结果,会违反 SUTVA 中的无干扰假设。

  • 场景:社交网络、双边市场、内容生态。
  • 处理:按社群、城市或市场做聚类随机,或显式建模溢出效应。

27. ITT 与实际处理效应

ITT 按最初随机分组分析,不因用户是否真正接受处理而改变分组。

  • 价值:ITT 保留随机化产生的可比性,通常是实验主分析口径。
  • 补充:若研究实际接受处理者的效应,需要额外假设或工具变量方法。

28. 倾向得分

倾向得分是给定协变量时个体接受处理的概率。

  • 应用:匹配、分层、逆概率加权。
  • 局限:只能平衡已观测混杂;还需检查重叠性、极端权重和平衡性。

29. 双重差分(DID)

DID 比较处理组与对照组在政策前后的变化差。

  • 核心假设:如果没有处理,两组应具有平行趋势。
  • 注意:检查提前效应、动态效应、同期政策和错位处理时间。

30. 断点回归(RDD)

当处理由运行变量是否超过阈值决定时,比较阈值附近个体以估计局部因果效应。

  • 假设:阈值附近其他因素连续,个体不能精确操纵运行变量。
  • 局限:估计通常只适用于阈值附近人群。

31. 工具变量(IV)

工具变量影响处理,但只通过处理影响结果,并与未观测混杂无关。

  • 假设:相关性、独立性、排除性限制,通常还要求单调性。
  • 注意:排除性限制通常不能只靠数据验证,结果常解释为局部平均处理效应。

32. 辛普森悖论

各分组内部的趋势一致,但汇总后的趋势可能反转。

  • 原因:各组权重发生变化或存在混杂。
  • 例子:各渠道转化率都下降,但高转化渠道的流量占比大幅增加,导致总体转化率反而上升。

五、回归模型

33. 条件均值

线性回归用自变量的线性组合描述因变量的条件均值。其他变量保持不变时,自变量增加一个单位,因变量的条件均值平均变化 β\beta。

线性是对参数和条件均值形式的假设,不等于所有变量之间都必须呈简单直线关系。

34. OLS 基本假设

OLS 的关键条件包括:模型设定合理、误差条件均值为 0、无完全多重共线性;经典标准误还依赖同方差和适当的独立性。

  • 考点:自变量和因变量本身不要求服从正态分布。
  • 注意:误差正态主要用于小样本精确推断。

35. 多重共线性

多重共线性是指解释变量之间高度线性相关。

  • 影响:通常不会使 OLS 系数系统性有偏,但会放大标准误并使系数不稳定。
  • 判断:结合 VIF、相关结构、系数稳定性和业务含义,不应只按单一阈值删除变量。

36. 变量变换

对数、平方根或 Box–Cox 变换可以缓解偏态、稳定方差或表达非线性关系。

  • 在 log⁡(Y)\log(Y) 对 XX 的模型中,XX 增加 1 个单位,YY 约变化 100β100\beta%。
  • 在 log-log 模型中,β\beta 可解释为弹性。
  • 有 0 或负值时需谨慎处理。
  • 当少数极大值形成右长尾时,直接使用线性回归可能出现“喇叭口”残差;对数变换也可表达广告投入等场景中的边际递减关系。

37. 正则化

正则化在拟合训练数据的同时增加惩罚,限制模型过度复杂,降低把偶然噪声当成规律的风险。

  • L1:使用绝对值惩罚,容易产生稀疏系数。
  • L2:使用平方惩罚,收缩系数并提高稳定性。
  • 场景:高维特征、多重共线性和防止过拟合。
  • 标准化:不同特征量纲差异很大时,直接惩罚系数会产生不公平的约束,因此正则化前通常需要标准化变量。
  • 调参:超参数应通过验证集或交叉验证选择。

六、模型评估与机器学习统计基础

38. 交叉验证

交叉验证通过反复划分训练折和验证折,降低单次切分的偶然性。

  • 同一用户的记录应放在同一折。
  • 时间序列需使用滚动或扩展窗口,不能随机打乱未来。
  • 不仅看平均指标,也要看折间波动。

39. 类别不平衡

正负样本比例悬殊时,准确率可能失去意义。例如正样本率为 1% 时,全预测为负也有 99% 的准确率。

应结合合适的评估指标、类别权重、重采样和阈值优化,并防止采样改变概率校准。

40. Precision 与 Recall

  • Precision:预测为正类的样本中,真正例所占的比例。
  • Recall:所有真实正类中,被模型识别出来的比例。
  • 选择:误杀成本高时重视 Precision,漏检成本高时重视 Recall。
  • 注意:二者随阈值变化,应结合业务成本和处理容量选择工作点。

41. ROC-AUC

ROC-AUC 可以理解为:随机抽取一名正样本和一名负样本,模型将正样本评分排得更高的概率。

  • 优点:衡量整体排序能力,不依赖单一阈值。
  • 局限:类别极不平衡时可能过于乐观,需要结合 PR-AUC 和实际工作区间。

42. 过拟合与欠拟合

  • 过拟合:训练表现好、验证表现差;可用正则化、减少复杂度或增加数据处理。
  • 欠拟合:训练和验证表现都差;可增加有效特征或模型容量。
  • 注意:先排除数据切分错误与数据漂移,再判断是否过拟合或欠拟合。

43. 异常值与影响点

异常值是在某个方向上极端的观测;影响点是删除后会显著改变模型结果的观测。

  • 工具:标准化残差、杠杆值、Cook 距离。
  • 原则:先判断它是数据错误、真实稀有事件还是新机制,不能只因数值极端就删除。

44. 特征重要性

模型内置重要性、置换重要性和 SHAP 回答的问题不同。

首先区分两类问题:全局重要性回答模型在整个数据集上主要依赖哪些特征,局部重要性回答某个具体样本的预测被哪些特征推高或压低。

线性模型:系数表示其他变量不变时,特征增加一个单位对应的预测变化。不同特征单位不同,不能直接比较原始系数;先标准化后,可用 ∣βj∣|\beta_j| 比较重要性,保留符号则还能看影响方向。

树模型内置重要性:特征用于分裂后,如果明显降低 Gini 不纯度、信息熵或回归误差,就会获得较高重要性。这种方法计算快,但容易偏爱连续变量、取值多的变量与高基数类别,适合快速检查,不宜作为唯一依据。

排列重要性问的是:如果打乱某一列,使其数值与原样本、目标值及其他特征错位,模型性能会下降多少?它保留该列的取值范围与边际分布,只破坏变量之间的对应关系,而且不重新训练模型。

Importancej=MSEshuffled j−MSEoriginalImportance_j=MSE_{shuffled\ j}-MSE_{original}

分类任务也可用 Accuracyoriginal−Accuracyshuffled jAccuracy_{original}-Accuracy_{shuffled\ j}。应在验证集或测试集上重复多次排列,用均值表示典型重要性、标准差表示稳定性。高度相关的特征可以互相替代,导致单个特征都显得不重要;此时可同时打乱一组相关特征。

删除特征重要性则删除一列后重新训练:

Importancej=Losswithout j−LossfullImportance_j=Loss_{without\ j}-Loss_{full}

它能观察模型失去该特征后重新学习的结果,但每删一列都要重新训练,成本高于排列重要性。

SHAP源于 Shapley Value,把预测相对基准值的变化公平分配给各个特征。让特征以各种可能顺序加入模型,记录某特征每次加入带来的边际变化,再对这些变化取平均。

例如基准房价为 100 万,知道面积后预测为 140 万,知道地铁后为 120 万,两者都知道时为 200 万。若按“面积→地铁”加入,贡献为 40 和 60;按“地铁→面积”加入,贡献为 20 和 80。对顺序取平均后,面积 SHAP 值为 60,地铁为 40,满足:

100+60+40=200100+60+40=200

一般形式为:

f(x)=E[f(X)]+ϕ1+ϕ2+⋯+ϕpf(x)=E[f(X)]+\phi_1+\phi_2+\cdots+\phi_p

正 SHAP 值推高预测,负值压低预测,绝对值越大表示对当前预测影响越大。对所有样本的 ∣ϕij∣|\phi_{ij}| 取平均,可得到全局 SHAP 重要性。TreeSHAP、KernelSHAP、LinearSHAP 和 DeepSHAP 分别利用模型结构或近似算法降低计算成本。

方法选择:

  • 线性或逻辑回归:标准化系数、优势比、排列重要性;
  • 决策树、随机森林、XGBoost、LightGBM:排列重要性和 SHAP,内置重要性作为辅助;
  • 神经网络:SHAP、Integrated Gradients、输入梯度、遮挡实验或排列重要性;
  • 解释单个预测:优先考虑 SHAP;
  • 衡量验证集性能贡献:排列重要性或删除特征重要性。

相关系数只衡量单个变量与目标的简单关联,不等于模型在多变量条件下对该特征的依赖。重要性排名还应通过交叉验证或 Bootstrap 报告均值与波动,避免把一次结果当作稳定结论。

最重要的误区:特征重要性解释的是模型预测,不是现实因果。相关特征会分摊或替代重要性,SHAP 也依赖背景数据和“缺少特征”的定义;任何重要性方法都不能直接证明人为改变某个特征会改变结果。