均方誤差

MSE

預測與真實值差平方的平均

詳細解釋

均方誤差(Mean Squared Error, MSE)是最常用的回歸任務損失函數,計算預測值與真實值差異平方的平均值。

定義:

MSE = 1/n × Σ(yᵢ - ŷᵢ)²

  • yᵢ:真實值
  • ŷᵢ:預測值
  • n:樣本數量

特性:

  • 非負:平方確保誤差為正
  • 放大異常值:大誤差被平方後影響更大
  • 可微分:處處可導,便於梯度下降優化
  • 單位:預測值的平方單位(如米²)

平均絕對誤差的比較:

  • MSE:平方誤差,對異常值敏感,優化更快
  • MAE:絕對誤差,對異常值魯棒,優化較慢
  • 選擇取決於對異常值的容忍度和業務需求

應用場景:

  • 回歸預測:房價、股票價格、溫度預測
  • 圖像重建:像素級重建誤差(自編碼器
  • 信號處理:降噪和重建任務
  • 物理模擬:預測物理量的誤差

變體:

  • RMSE(均方根誤差):√MSE,與原始數據同單位
  • 加權MSE:不同樣本給予不同權重
  • Huber損失:結合MSE和MAE優點

優化特性:

  • 凸函數:全局最優解唯一
  • 梯度:∂MSE/∂ŷ = -2(y - ŷ)/n
  • 平滑:相比MAE的不可導點更易優化

MSE是回歸問題最基礎且廣泛使用的損失函數。

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