📊 統計學習入門

基於 An Introduction to Statistical Learning (ISLP)
James, Witten, Hastie, Tibshirani · Springer 2023 · 全繁體中文筆記
📖

An Introduction to Statistical Learning with Applications in Python

Stanford 經典教材 · 官方網站 · 下載課本 PDF

第 2 章:統計學習

§2.1

什麼是統計學習?

Y=f(X)+ε、預測 vs 推論、參數化 vs 非參數化、監督 vs 非監督

§2.2

評估模型準確度

Bias-Variance Tradeoff、Bayes Classifier、KNN、訓練 vs 測試誤差

§2.3

Lab: Python 入門

NumPy、pandas、matplotlib 基礎操作

第 3 章:線性迴歸

§3.1

簡單線性迴歸

最小平方法、係數估計、信賴區間、假說檢定

§3.2

多元線性迴歸

F 檢定、變數選擇、R²、預測區間

§3.3

迴歸模型的其他考量

虛擬變數、交互作用、多項式迴歸、殘差診斷、共線性與 VIF

§3.4

行銷計畫

迴歸模型在行銷策略中的應用案例

§3.5

線性迴歸 vs KNN

參數化 vs 非參數化方法的比較、維度詛咒

§3.6

Lab: 線性迴歸

Boston 房價資料集實作:簡單/多元迴歸、交互作用、殘差分析

第 4 章:分類

§4.3

邏輯回歸:從線性到機率

Logistic function、勝算比、最大概似估計、混淆因子

§4.4

線性判別分析 (LDA)

貝氏定理、常態假設、判別函數、LDA vs QDA vs Logistic

§4.4.5

生成模型對分類的啟發

Naive Bayes、生成 vs 判別模型

§4.5

分類方法比較

Logistic · LDA · QDA · KNN · Naive Bayes 全比較

§4.6

廣義線性模型 (GLM)

Poisson 迴歸、計數資料、連結函數、GLM 統一框架

§5.2

Bootstrap 自助抽樣法

有放回抽樣估計標準誤差、Portfolio 資產配置、信賴區間、Bagging 基礎

第 5 章:重抽樣方法

§5.1

交叉驗證 (Cross-Validation)

Validation Set、LOOCV、k-Fold CV、Bias-Variance Tradeoff

§5.2

Bootstrap 自助抽樣法

有放回抽樣估計標準誤差、Portfolio 資產配置、信賴區間、Bagging 基礎

第 6 章:線性模型選擇與正則化

§6.1

子集選擇法(Subset Selection)

最佳子集、向前逐步、向後逐步、Cp/AIC/BIC/Adj-R² 選擇指標

§6.2

脊迴歸與 Lasso(Ridge & Lasso)

用懲罰項馴服過配:Ridge 溫和收縮、Lasso 自動選變數、交叉驗證選 λ

§6.3

降維方法:PCR 與 PLS

主成分迴歸 vs 偏最小平方法:先濃縮再分析,PLS 偷看 Y 更聰明

§6.4

高維度資料的考量

當 p > n 時 OLS 崩潰──必須賭稀疏性,Ridge/Lasso 不是選項而是生存必需品

6.6 Lab 2

Ridge Regression and the Lasso

Regularization path visualization, RidgeCV/LassoCV, coefficient comparison

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第 7 章:超越線性(Moving Beyond Linearity)

§7.1

多項式迴歸(Polynomial Regression)

從直線到曲線:用多項式展開捕捉非線性關係、信賴區間、多項式邏輯回歸

§7.2

階梯函數(Step Functions)

將連續變數切成區間,每段擬合常數——放棄全域曲線,換取區段獨立判決的自由

§7.3

基底函數(Basis Functions)

將多項式、階梯、樣條、傅立葉等非線性方法統一於線性模型框架

§7.4

迴歸樣條(Regression Splines)

分段多項式 + 節點平滑連接——基底函數框架中最實用的變體

§7.5

平滑樣條(Smoothing Splines)

每個資料點都是節點+λ 懲罰控制平滑度——不用選節點的非線性建模

§7.6

局部迴歸(Local Regression)

每個點只看附近鄰居的加權迴歸——記憶式方法,span 控制平滑度,p>4 就投降

§7.7

廣義加法模型(GAM)

讓每個變數各自擬合非線性函數再加總——可解釋的非線性建模,線性與全非參數的黃金折衷

§7.8

Lab: 非線性建模

多項式回歸、樣條、GAM 的 Python 實作 — 從 Wage 資料親手跑完 Ch7 所有非線性方法

Ch 8 樹狀方法(Tree-Based Methods)
§8.1

決策樹基礎

遞迴二元分割、不純度衡量、剪枝、分類與回歸樹

§8.2

Bagging・隨機森林・Boosting・BART

集成學習:自助抽樣聚合、隨機森林去相關化、梯度提升、貝氏加法樹

§8.3

Lab: 決策樹方法

決策樹、隨機森林、梯度提升的 Python 實作

Ch 9 支援向量機(Support Vector Machines)
§9.1

最大邊界分類器

超平面、分離超平面、最大邊界、支援向量、非可分離情況