In the last twenty years, the prediction accuracy of machine learning models fit to observational data has improved dramatically. Many machine learning techniques require that the data be partitioned into at least two subsets; a training set for fitting models and a validation set for tuning models. Machine learning techniques requiring data partitioning have generally not been applied to designed experiments (DOEs), as the design structure and small run size limit the ability to withhold observations from the fitting algorithm. We introduce a newmodel-building algorithm, called self-validated ensemble models (SVEM), that emulates data partitioning by using the complete data simultaneously as both a training and a validation set. SVEM weights the two copies of the data differently under a weighting scheme based on the fractional-random-weight bootstrap (Xu et al., 2020). Similar to bagging (Breiman, 1994), this fractional-random-weight bootstrapping scheme is repeated many times and the final SVEM model is the sample average of the bootstrapped models. In this work, we investigate the performance of the SVEM algorithm with regression, Lasso, and the Dantzig Selector. However, the method is very general and can be applied in combination with most model selection and fitting algorithms. Through extensive simulations and a case study, we demonstrate that SVEM generates models with lower prediction error as compared to more traditional statistical approaches that are based on fitting a single model.


翻译:在过去二十年中,适合观测数据的机器学习模型的预测准确性有了显著改善。许多机器学习技术要求将数据分为至少两个子集;安装模型的培训组和调试模型的鉴定组。要求数据分割的机器学习技术一般没有应用于设计实验(DOEs),因为设计结构和小运行规模限制了从适当算法中保留观察的能力。我们引入了一种新的模型建设算法,称为自valifed 混合模型(SVEM),它通过同时使用完整数据作为培训和鉴定组进行数据分割。SVEM在基于分错位重量靴(Xu等人,2020年)的加权办法下,对数据的两个不同的副本进行加权。类似于加固(Breiman,1994年),这种小块-兰度重量制靴式计划多次重复使用,而最后的SVEM模型则是制式模型的样本平均数。在这项工作中,我们用回归、激光索和丹格(SVEM)模型的两种不同的加权方法对SVEM算法进行了不同的加权比较,然后再用一个总的模型进行模拟,然后再进行模拟,然后再进行。

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