We study a class of iterated empirical risk minimization (ERM) procedures in which two successive ERMs are performed on the same dataset, and the predictions of the first estimator enter as an argument in the loss function of the second. This setting, which arises naturally in active learning and reweighting schemes, introduces intricate statistical dependencies across samples and fundamentally distinguishes the problem from classical single-stage ERM analyses. For linear models trained with a broad class of convex losses on Gaussian mixture data, we derive a sharp asymptotic characterization of the test error in the high-dimensional regime where the sample size and ambient dimension scale proportionally. Our results provide explicit, fully asymptotic predictions for the performance of the second-stage estimator despite the reuse of data and the presence of prediction-dependent losses. We apply this theory to revisit a well-studied pool-based active learning problem, removing oracle and sample-splitting assumptions made in prior work. We uncover a fundamental tradeoff in how the labeling budget should be allocated across stages, and demonstrate a double-descent behavior of the test error driven purely by data selection, rather than model size or sample count.


翻译:我们研究一类迭代经验风险最小化(ERM)过程,其中在同一数据集上连续执行两次ERM,且第一阶段估计器的预测结果作为第二阶段损失函数的输入参数。这种设定(常见于主动学习和重加权方案)引入了样本间复杂的统计依赖性,从根本上区别于经典的单阶段ERM分析。针对高斯混合数据上采用广泛凸损失函数训练的线性模型,我们在样本量与环境维度成比例增长的高维体系中,推导出测试误差的精确渐近特征。尽管存在数据复用和预测依赖型损失函数,我们的研究结果仍能为第二阶段估计器的性能提供显式、完全渐近的预测。应用该理论,我们重新审视了经过充分研究的基于池的主动学习问题,消除了先前工作中对预言机和数据分割的假设。我们揭示了标注预算在阶段间分配的根本性权衡,并展示了完全由数据选择(而非模型规模或样本数量)驱动的测试误差双下降现象。

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主动学习是机器学习(更普遍的说是人工智能)的一个子领域,在统计学领域也叫查询学习、最优实验设计。“学习模块”和“选择策略”是主动学习算法的2个基本且重要的模块。 主动学习是“一种学习方法,在这种方法中,学生会主动或体验性地参与学习过程,并且根据学生的参与程度,有不同程度的主动学习。” (Bonwell&Eison 1991)Bonwell&Eison(1991) 指出:“学生除了被动地听课以外,还从事其他活动。” 在高等教育研究协会(ASHE)的一份报告中,作者讨论了各种促进主动学习的方法。他们引用了一些文献,这些文献表明学生不仅要做听,还必须做更多的事情才能学习。他们必须阅读,写作,讨论并参与解决问题。此过程涉及三个学习领域,即知识,技能和态度(KSA)。这种学习行为分类法可以被认为是“学习过程的目标”。特别是,学生必须从事诸如分析,综合和评估之类的高级思维任务。
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