為了不讓自己在同一個地方失敗兩次，也為了讓自己對他人有用，我的這篇文章獻給那些想追隨自己的激情，成為數據科學家的人。我堅信，即使你不想換工作，你也必須不斷地接受面試，因為你在面試中學到了很多東西。沒有比這更快的學習方法了。數據科學是一個需要你不斷提高技能的領域，同時每天都在發展機器學習算法的基本概念。因此，廢話不多說，讓我們直接進入一些問題和答案，你可能在下次面試中有用。

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問題1：你能解釋一下決策樹的損失函數嗎?

答案： 在回答這個問題之前，需要注意的是，決策樹是一種通用的機器學習算法，它可以執行分類和回歸任務。因此，它們的損失函數也不同。

分類問題的損失函數：

在我們理解損失函數之前，Gini不純度是一個很重要的概念，讓我先解釋一下。

式1：Gini不純度

其中“p”為第i個節點上類k的實例與總的訓練實例的比例。這是什么意思??我們通過下面的例子來理解。圖一顯示了深度為2的Iris決策樹的簡單可視化。頂層是根節點。將訓練集劃分為決策集的概念在算法中相當簡單。例如，在這里，iris數據集根據根節點上一個稱為“ petal width”的單一特征被分成兩個子集。如果petal width小于或等于0.8，則算法進入深度1(左)。如果不是，就進入深度1的右邊。它根據“petal width”的附加特征進一步劃分實例。在深度1上，右節點有100個實例的樣本，將0個實例應用于Iris-Setosa, 50個實例應用于Iris-Versicolor，其余50個應用于Iris-Virginica。

圖1: Iris決策樹

所以這個節點的基尼系數是0.5：

式2: Gini不純度的計算

類似地，在深度1(左節點)處，Gini不純度為0，因為所有的訓練實例都應用于同一個類。節點本質上是“純”的。

現在我們已經理解了什么是Gini不純度，讓我們進入問題的實質。決策樹使用分類和回歸樹(CART)算法進行訓練，基于一個簡單的概念，即使用單個特征(k)和閾值(t)將數據集分成兩個子集。iris數據集的特征為“petal width”，閾值為0.8。它是如何選擇k和t的?它搜索產生最純子集的對(k, t)。因此，算法試圖最小化的代價函數如下式所示：

其中G左右代表子集的gini不純度，m代表子集的實例。

回歸型問題的損失函數：

對于回歸樹，損失函數是相當直觀的。我們使用殘差平方和(RSS)，式(3)為回歸型樹的損失函數，其中y為ground truth, y-hat為預測值。

式3：殘差的平方和

問題2：共線性會對模型有影響嗎?

答案: 共線性是指兩個或多個預測變量之間關系密切。下面的圖2顯示了共線變量的例子。變量2嚴格遵循變量1,Pearson相關系數為1。所以很明顯，當這些變量被輸入到機器學習模型中時，它們中的一個會表現得像噪音一樣。

圖2: 共線性變量的例子

共線性的存在在回歸類型的問題中可能成為問題，因為很難分離出共線性變量對響應的個別影響。或者換句話說，共線性降低了回歸系數估計值的準確性，導致誤差增加。這將最終導致t統計量的下降，因此，在共線性存在的情況下，我們可能無法拒絕原假設。

檢測共線性的一個簡單方法是查看預測變量的相關矩陣。這個矩陣的一個元素的絕對值很大，表明了一對高度相關的變量，存在數據共線性的問題。不幸的是，并不是所有的共線性問題都可以通過檢查相關矩陣來發現：即使沒有一對變量具有特別高的相關性，三個或多個變量之間也可能存在共線性。這種情況稱為多重共線性。對于這種情況，評估多重共線性的一個更好的方法是計算方差膨脹因子 (VIF)，而不是檢查相關矩陣。每個變量的VIF可以用公式計算：

式4: 方差膨脹因子

其中r平方項是變量X對所有其他預測因子的回歸。如果VIF接近或大于1，則存在共線性。當遇到共線性問題時，有兩種可能的解決方案。一種是刪除冗余變量。這可以在不影響回歸擬合的情況下完成。第二種方法是將共線變量合并成單個預測器。

問題3：給外行解釋一下深度神經網絡

答案：神經網絡(NN)的概念最初起源于人類大腦，其目的是識別模式。神經網絡是一套通過機器感知、標記和聚類原始輸入數據來解釋感知數據的算法。任何類型的現實世界數據，無論是圖像、文本、聲音甚至時間序列數據，都必須轉換成包含數字的向量空間。

深度神經網絡中的深度是指神經網絡由多層構成。這些層是由節點組成的，在節點上進行計算。人腦中的一個類似節點的神經元在遇到足夠的刺激時就會被激活。節點將原始輸入的數據與其系數或權值組合在一起，這些系數或權值根據權值減弱或放大輸入。輸入和權重的乘積在圖3所示的求和節點上求和，然后將其傳遞給激活函數，激活函數決定該信號是否應該在網絡中進一步擴展并影響最終結果。節點層是一排類似神經元的開關，當輸入通過網絡輸入時，這些開關就會打開或關閉。

圖3: 神經網絡中節點的可視化

深度神經網絡不同于早期的神經網絡，如感知器，因為它們是淺層的，只是由輸入層和輸出層以及一個隱含層組成。

圖4: 深度神經網絡包含多個隱含層

問題4：3分鐘簡單闡述一個可以讓你回去解決的數據科學的項目

答案：一個典型的數據科學面試過程始于具體的數據分析項目。我做過兩次，取決于項目的復雜度。第一次，我有兩天的時間來解決一個問題，使用機器學習。而第二次，我有兩個星期的時間來解決一個問題。不需要指出的是，當我第二次處理類別不平衡的數據集時，這是一個更加困難的問題。因此，3分鐘的推銷式面試問題可以讓你展示你對手頭問題的把握。請務必從你對問題的解釋開始，你解決問題的簡單方法，你在你的方法中使用了什么類型的機器學習模型，為什么?不要對模型準確性過多的吹噓。

我相信這是你在面試中非常重要的一個問題，它可以讓你證明你是數據科學領域的領導者，并且可以使用較新和較好的工具來解決復雜的問題。

問題5：模型正則化是什么意思?如何在線性模型中實現正則化?

答案： 正則化是一個用于約束機器學習模型的術語。在機器學習模型中約束或減少過度擬合的一個好方法是減少自由度。自由度越少，模型越難過度擬合數據。例如，正則化多項式模型的一種簡單方法是減少多項式的自由度。然而，對于線性模型，正則化通常是通過限制模型的權值來實現的。因此，與線性回歸不同，嶺回歸、lasso回歸和彈性網絡模型有三種不同的約束權重的方法。為了完整起見，我們先從線性回歸的定義開始：

式5：線性回歸和模型預測

線性回歸模型的損失函數定義為均方誤差：

嶺回歸:是線性回歸的正則化版本，即，則在成本函數中增加一個額外的正則化項。這就迫使學習算法不僅要適應數據，還要使模型的權值盡可能小。注意，正則化術語只應在訓練期間添加到損失函數中。一旦對模型進行了訓練，你就需要使用非正則化的性能度量來評估模型的性能。

超參數alpha控制模型的正則化程度。如果是零，那么嶺回歸就是線性回歸。

Lasso回歸: Lasso回歸是另一個正規化的線性回歸，就像嶺回歸，它增加了損失函數的正則化項，但它使用L1范數的權向量，而不是L2范數的平方。

Lasso回歸的一個重要特征是它傾向于完全消除最不重要特征(即最不重要特征)的權重，把它們設為零。換句話說，Lasso回歸自動執行特征選擇并輸出一個稀疏模型(即，只有少數非零的特征權重)。

彈性網回歸:這是介于嶺回歸和Lasso回歸之間的中間地帶。正則化項是Ridge和Lasso正則化項的簡單組合，可以用“r”來控制。當r=0時，彈性網相當于嶺回歸，當r=1時，彈性網相當于Lasso回歸。

它總是可取的，至少有一點點正則化和一般的線性回歸總是應該避免。Ridge是一個很好的默認設置，但是如果在一個特定的數據集中只有幾個有用的特性，那么應該使用Lasso。一般來說，彈性網優于Lasso，因為Lasso在特征數量大于實例數量或多個特征強烈相關時可能表現不規律。