目的変数Yが真の関数(信号成分)f(X)とノイズεの和 Y=f(X)+ε で構成されるとする。
また、データの分布について期待値をとる、つまり、訓練データを取得し直して推定するたびにばらつく分について期待値をとることをED[⋅] で表すとする。
あるデータ点X=xについての真の関数f(x)と予測モデルf^(x)の二乗誤差{f(x)−f^(x)}2はED[f^(x)]を足して引いて展開すると以下のように整理できる。
{f(x)−f^(x)}2=={f(x)−ED[f^(x)]+ED[f^(x)]−f^(x)}2{f(x)−ED[f^(x)]}2+2{f(x)−ED[f^(x)]}{ED[f^(x)]−f^(x)}+{ED[f^(x)]−f^(x)}2 これについて期待値をとったED[{f(x)−f^(x)}2]について考えるとき、第2項は
2ED[{f(x)−ED[f^(x)]}{ED[f^(x)]−f^(x)}]=2ED[f(x)⋅ED[f^(x)]−f(x)⋅f^(x)−ED[f^(x)]2+ED[f^(x)]⋅f^(x)]=2(ED[f(x)⋅ED[f^(x)]]−ED[f(x)⋅f^(x)]−ED[ED[f^(x)]2]+ED[ED[f^(x)]⋅f^(x)])=2(ED[f(x)]⋅ED[f^(x)]−ED[f(x)]⋅ED[f^(x)]−ED[f^(x)]2+ED[f^(x)]2)=0 と消失するので、
ED[{f(x)−f^(x)}2]===ED[{f(x)−ED[f^(x)]}2]+2ED[{f(x)−ED[f^(x)]}{ED[f^(x)]−f^(x)}]+ED[{ED[f^(x)]−f^(x)}2]{f(x)−ED[f^(x)]}2+ED[{ED[f^(x)]−f^(x)}2]Bias2+Variance 参考:はじパタ 第1章、PRML上3.2