Given a high-dimensional covariate matrix and a response vector, ridge-regularized sparse linear regression selects a subset of features that explains the relationship between covariates and the response in an interpretable manner. To choose hyperparameters that control the sparsity level and amount of regularization, practitioners commonly use k-fold cross-validation. However, cross-validation substantially increases the computational cost of sparse regression as it requires solving many mixed-integer optimization problems (MIOs) for each hyperparameter combination. To address this computational burden, we derive computationally tractable relaxations of the k-fold cross-validation loss, facilitating hyperparameter selection while solving $50$--$80\%$ fewer MIOs in practice. Our computational results demonstrate, across eleven real-world UCI datasets, that exact MIO-based cross-validation can be competitive with mature software packages such as glmnet and L0Learn -particularly when the sample-to-feature ratio is small.


翻译:给定高维协变量矩阵和响应向量,岭正则化稀疏线性回归以可解释的方式选择能够解释协变量与响应之间关系的特征子集。为选择控制稀疏度水平和正则化强度的超参数,实践者通常采用k折交叉验证。然而,交叉验证会显著增加稀疏回归的计算成本,因为每个超参数组合都需要求解多个混合整数优化问题。为应对这一计算负担,我们推导出k折交叉验证损失的计算可处理松弛形式,从而在减少$50$--$80\%$ MIO求解量的同时实现超参数选择。我们在十一个真实世界UCI数据集上的计算结果表明,基于精确MIO的交叉验证能够与成熟软件包(如glmnet和L0Learn)相竞争——尤其在样本-特征比较小时表现更为突出。

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交叉验证,有时也称为旋转估计或样本外测试,是用于评估统计结果如何的各种类似模型验证技术中的任何一种分析将概括为一个独立的数据集。它主要用于设置,其目的是预测,和一个想要估计如何准确地一个预测模型在实践中执行。在预测问题中,通常会给模型一个已知数据的数据集,在该数据集上进行训练(训练数据集)以及未知数据(或首次看到的数据)的数据集(根据该数据集测试模型)(称为验证数据集或测试集)。交叉验证的目标是测试模型预测未用于估计数据的新数据的能力,以发现诸如过度拟合或选择偏倚之类的问题,并提供有关如何进行建模的见解。该模型将推广到一个独立的数据集(例如,未知数据集,例如来自实际问题的数据集)。 一轮交叉验证涉及分割一个样品的数据到互补的子集,在一个子集执行所述分析(称为训练集),以及验证在另一子集中的分析(称为验证集合或测试集)。为了减少可变性,在大多数方法中,使用不同的分区执行多轮交叉验证,并将验证结果组合(例如取平均值)在各轮中,以估计模型的预测性能。 总而言之,交叉验证结合了预测中适用性的度量(平均),以得出模型预测性能的更准确估计。
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