无量纲化是标准化吗_无量纲化处理公式

1 量纲与无量纲

1.1 量纲

量纲我觉得最重要的一句话是：物理量的大小与单位有关。

从这句话我们来思考下最核心的两个单词：大小、单位。就是说量纲是有两部分组成：数、单位。就比如1块钱和1分钱，就是两个不同的量纲，因为度量的单位不同了。

1.2 无量纲

结合上面的内容来说，那么无量纲就是：物理量大小与单位无关。

那么我们来考虑下，哪些内容是无量纲的。首先标量肯定是无量纲的，因为只有大小，没有单位。其次就是比值，因为一般来说比值都是由一个量纲除以了某个量纲后得到的，比如速度可以有“k m / s km/skm/s”，“m / s m/sm/s”等等。还有一个很显眼的无量纲，就是协方差的相关系数，因为协方差的相关系数是协方差归一化后得到的结果，可以用来衡量相关性，既然能够直接拿来衡量相关性，那么就是无量纲的。

2 标准化

标准化（standardization）是一种特征缩放（feature scale）的方法，在书《python machine learning》中，关于标准化的定义如下：

用我粗糙的英语翻译一下就是：

梯度下降是受益于特征缩放的算法之一。有一种特征缩放的方法叫标准化，标准化使得数据呈现正态分布，能够帮助梯度下降中学习进度收敛的更快。标准化移动特征的均值（期望），使得特征均值（期望）为0，每个特征的标准差为1。

标准化公式如下：




我们先翻译解释，再解释图片：

3 归一化

归一化（normalization）和标准化（standardization）区别不是很大，都是特征缩放（feature scale）的方式。

有的资料中说的，归一化是把数据压缩到[ 0 , 1 ] [0,1][0,1]，把量纲转为无量纲的过程，方便计算、比较等。

在书本《python machine learning》中对归一化的定义为：

翻译如下：

4 正则化

正则化（regularization）是与标准化还有归一化完全不同的东西。正则化相当于是个惩罚项，用于惩罚那些训练的太好的特征。

在书《python machine learning》中，对于正则化的描述如下：

我们来翻译一下：

正则化就是用来处理collinearity的，这个collinearity指的是与特征高度相关，清理掉数据的噪声，最终阻止过拟合。而正则化实际上就是引入一个额外的信息（偏置）来惩罚极端的参数（权重）值。

我们借用吴恩达老师的PPT来说：

我们看到图三这个曲线非线性拟合的太完美了，那么就造成了过拟合，造成的原因是因为特征过多，训练的太好了，而这个特征过多，我个人认为就对应了上面英文中的collinearity (high correlation among features)。

减少特征个数（特征约减）：

1. 手工保留部分特征（你觉得你能做到么？反正我觉得我做不到）
2. 模型选择算法（PCA，SVD，卡方分布） 正则化：保留所有特征，惩罚系数θ ，使之接近于0，系数小，贡献就小。

所以也就对应了书本上的惩罚极端参数值。

5 总结

1. 量纲与无量纲的区别就是：物理量是否与单位有关。
2. 标准化与归一化没有显著的区别，具体是谁要依据上下文确定。
3. 归一化是把特征缩放到[ 0 , 1 ] [0,1][0,1]，标准化是把特征缩放到均值为0，标准差为1。
4. 正则化是与标准化和归一化完全不同的东西，是用于惩罚训练的太好的参数，防止模型过拟合，提高模型的泛化能力。

补充：
对于标准化和归一化，消除的是某列（特征）的量纲差异，方便模型训练。并不是对于不同列（特征）间的差异 —— 特征的权重分配问题。

参考：https://blog.csdn.net/qq_35357274/article/details/109371492

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