机器学习中的均方误差根（RMSE）详解：定义、计算及可视化

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@小白创作中心

机器学习中的均方误差根（RMSE）详解：定义、计算及可视化

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/IT_ORACLE/article/details/143618532

均方误差根（RMSE）是机器学习和统计学中常用的误差度量指标，用于评估预测值与真实值之间的差异。它通常用于回归模型的评价，以衡量模型的预测精度。本文将从定义、计算步骤、性质和应用等多个维度详细介绍RMSE，并通过Python代码示例和可视化图解的方式帮助读者更好地理解这一概念。

RMSE的定义与公式

给定预测值
和实际值
，均方误差根的公式如下：

其中：

n 是数据点的数量。
是模型的预测值。
是真实值。

RMSE的计算步骤

求误差：计算预测值
和真实值
之间的差值。
平方误差：将每个误差进行平方，得到正值，以消除正负误差的抵消影响。
求均值：将所有平方误差求和后，除以样本总数 n，得到均方误差（MSE）。
开方：对均方误差开平方根，得到 RMSE。

RMSE的性质和意义

衡量误差大小：RMSE值越小，表明预测值与真实值越接近。
单位一致：由于开平方根，RMSE的单位与原始数据的单位相同，便于解释。
对大误差敏感：RMSE对大误差更敏感，因为平方放大了误差的影响，因此，RMSE在含有较多异常值的数据集中可能会偏高。

RMSE在机器学习中的应用

RMSE广泛用于评估回归模型，如线性回归、支持向量机回归、决策树回归等。它帮助分析模型的误差分布，找出需要改进的地方。

Python 实现均方误差根 (RMSE) 的计算

可以使用 Python 实现均方误差根 (RMSE) 的计算。以下是简单的代码示例：

import numpy as np

def rmse(y_true, y_pred):
    return np.sqrt(np.mean((y_pred - y_true) ** 2))

# 示例
y_true = np.array([3, -0.5, 2, 7])
y_pred = np.array([2.5, 0.0, 2, 8])
result = rmse(y_true, y_pred)
print("RMSE:", result)

说明

y_true
是真实值数组。
y_pred
是预测值数组。
np.mean((y_pred - y_true) ** 2)
计算均方误差 (MSE)。
np.sqrt(...)
取平方根得到 RMSE。

运行此代码将输出
RMSE
的结果。

图解 RMSE

均方误差根 (RMSE) 是回归分析中用来度量预测值和真实值之间偏差的指标。让我们从图解的角度直观理解 RMSE 的计算过程以及它在误差评估中的作用。

这张图展示了真实值与预测值的关系，以及每个点之间的误差（用灰色虚线表示）。图中蓝线代表真实值，而红色交叉点代表预测值。RMSE 被计算为这些误差的平方平均值的平方根，用来量化预测值与真实值的整体偏差程度。

在这个例子中，RMSE 值越小表示模型预测越准确。如果所有红色点都紧贴在蓝线上，RMSE 会接近 0，表示预测非常精确。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Generate sample data for illustration
np.random.seed(0)
x = np.linspace(0, 10, 10)                   # Independent variable (e.g., input feature)
y_true = 2 * x + 1                           # True relationship (e.g., ground truth values)
y_pred = y_true + np.random.normal(0, 2, 10) # Predicted values with random noise

# Calculate RMSE
rmse_value = np.sqrt(np.mean((y_pred - y_true) ** 2))

# Plotting the true vs. predicted values with errors
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(x, y_true, label="True Values", color="blue", marker='o')
plt.plot(x, y_pred, label="Predicted Values", color="red", marker='x')
plt.vlines(x, y_true, y_pred, colors='gray', linestyles='dotted', label='Errors')

# Adding text and labels
plt.xlabel("x")
plt.ylabel("y")
plt.title(f"Illustration of RMSE (Root Mean Squared Error)\nRMSE = {rmse_value:.2f}")
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()