白話科技|過擬合overfitting是什麼?解密「AI犯低級錯誤」背後概念:只懂死背的考試怪物,一改考題就全崩?
白話科技|過擬合overfitting是什麼?解密「AI犯低級錯誤」背後概念:只懂死背的考試怪物,一改考題就全崩?

由OpenAI推出的GPT系列被公認是AI領域的領導者之一,不過當2019年GPT-2登場時,這個擁有15億參數、基準測試領先的模型卻被人們發現一個奇怪現象: 當輸入不特定提示詞時,它可能會照本宣科吐出訓練中看到的資料,一點也不像當時最先進的AI模型。

這個現象是大型語言模型中的「過擬合」(overfitting),即使是訓練量龐大的先進模型,也可能因為學到訓練資料中不必要的細節,變得只會重複當時看到的內容,無法發揮實力。時至今日,過擬合仍是AI領域必須認真面對的挑戰。

「過擬合」是什麼?AI學太仔細也不行?

過擬合是一種不理想的機器學習行為。 當演算法與訓練資料過於接近,就會發生過擬合,使得AI學到的只是資料的細節,甚至是不具代表性的巧合,而不是規律,以至於根本無法對新資料進行準確預測。

與過擬合相對的概念則是欠擬合,指模型無論在訓練資料或新資料上,都表現不佳。AI訓練的目標便是在過擬合和欠擬合之間找到最佳平衡點。

出現過擬合現象的模型,就像是一位只懂得死背考古題的學生,儘管解起考古題來滾瓜爛熟,一旦正式考試題目出現變動,就不知如何變通,在針對訓練資料和測試資料出現的準確度上,有著巨大的差距。

好比說, 當你想訓練一個AI模型辨別包含「狗」的圖像時,如果訓練用的資料絕大多數是狗在公園或戶外玩耍的照片,它可能學到「看到草皮=有狗」,結果室內的狗就認不出來。

用同樣的「狗」例子:如果你拿一堆狗的照片訓練模型,但模型太簡單或訓練不足,它只學到很粗的特徵, 例如「有四條腿、毛茸茸」。結果遇到室內、戶外、長毛或短毛的變化,它都分不清,甚至連訓練集裡的狗也常判錯。這就是欠擬合 ——不管在舊資料或新資料上都表現差,因為模型沒有抓到辨識「狗」的有效規律,只停留在過度簡化的概括。

MatLab開發商MathWorks就透過這張圖表,直白地表現過擬合究竟是什麼狀況。這邊的分類(Classification)和迴歸(Refression)是指AI兩種最基本、最常見的任務。

overfitting.jpg
過擬合代表著,AI過於關注每個資料點,反而忽視了背後的規律。
圖/ Mathworks

分類任務是指將資料點歸類到不同離散類別之中,白話來講就是識別任務,例如判斷圖片裡的動物是貓還是狗,一封電子信件是不是詐騙郵件;而迴歸任務則是指預測一個連續的數值,像是根據過去一週資料,預測明天的氣溫或股票價格,或者依照房子的布局、大小推斷房價等等。

這張圖無論在分類或迴歸任務上,都可以看出過擬合出現同樣的核心問題: 模型過度執著資料中的每個點,忽略了背後呈現的規律。

過擬合的原因是什麼?

過擬合又是什麼情況會出現?建立機器學習演算法時,通常會運用大量樣本資料來訓練模型, 但當訓練時間過長,或者模型過於複雜,資料量太小時,AI可能會開始記憶訓練資料中不量不相關的資訊,導致模型過度專注於訓練材料,失去對新資料進行預測的能力。

具體而言,亞馬遜在介紹過擬合的文章中,給出以下幾點原因:

1.訓練資料太大或太小,且不包含足夠的範例,無法準確呈現所有可能輸入的資料
2.訓練資料包含大量不相關的資訊,或稱為雜訊資料
3.模型在單一資料夾上訓練時間過長
4.模型擁有高複雜度,因此能夠學習訓練資料中的雜訊

當年GPT-2出現過擬合,一部分原因就被認為與資料集太小有關,GPT-2訓練資料僅僅只有40GB,與高達15億的參數量比例失衡。相當於一位聰明絕頂、過目不忘的學生,課本卻只有薄薄一本,學生很快就背完所有內容,反而無法舉一反三。

過擬合的案例?

Google Flu Trends

早期以搜尋關鍵字預測流感盛行,但因搜尋行為與演算法調整偏移,連年高估或低估流感趨勢。簡單來說,就是把搜尋熱度當成流感指標,因此AI模型其實在記「平台習慣」,不是「疾病訊號」,所以一上線就常年高估或低估。

馬拉松世界紀錄曲線擬合

用多項式或指數曲線外推「破二」年份,在訓練期擬合極好但對未來預測常失準;反映用過度靈活的函數擬合少量紀錄點,容易把偶然波動當成結構性趨勢。

股價預測(個股技術指標堆疊)

在歷史資料上回測準確率極高,但出場到新時段或不同市場崩潰;常見原因是過度調參、指標叢林與資料探勘偏誤,把隨機噪音當模式。換言之,就是AI是「記住」了某段行情的噪音與巧合;一換時期或市場,績效立刻崩。

影像分類的背景洩漏

軍用車輛辨識模型在訓練集表現亮眼,但實測失敗;事後發現模型主要依賴天空/背景的亮度與攝影條件而非車輛特徵,屬「隱性特徵過擬合」,學到的是「場景」不是「物件」。

醫療影像中的醫院水印/設備偏差

癌症偵測模型在內部數據表現優異,跨院落地效果大幅下降;模型學到的是特定醫院的掃描器特徵、水印或處理流程痕跡,而非病灶本身。

過擬合怎麼解決?5種常見方法應對

而在過擬合受到AI產業重視後,如今實務上也有幾種常見的解決方案,或者避免AI模型落入過擬合的辦法。

1.提前停止:見好就收

顧名思義,提前停止(early stopping)就是在模型開始學習訓練資料中的雜訊前,及早暫停訓練。不過如何把握時機會是關鍵,如果太早停止訓練也可能導致欠擬合問題。

overfitting02.jpg
提早停止便是要在測試誤差回升前停止訓練,見好就收。
圖/ AIML.com

這是一張展現AI模型在訓練過程中,隨著模型複雜度增加,在訓練資料及測試資料上誤差的變化趨勢。而提前停止的目標就是要在測試資料的誤差回升前停止訓練,確保在過擬合和欠擬合之間找到平衡點。

2.資料增強:讓資料更多樣

資料增強(data augmentation)也是一種機器學習技術,透過小幅變更輸入資料來豐富訓練資料的多樣性,例如在圖像識別領域,可以利用旋轉、剪裁、調整亮度等手段,讓模型看見更多不同樣貌的資料,進而提昇模型舉一反三的能力。

3.特徵選擇:幫AI畫重點

特徵選擇(feature selection)則是透過從原始資料中,找出對模型任務最有幫助的特徵,或者稱變數、變量,並移除不相關、重複或可能誤導模型的資訊,這可能是人為挑選,也可能是利用數學方法自動化選擇,像是幫學生在課本上畫重點,避免AI被沒有直接關聯的雜訊所影響。

4.正則化:幫AI上緊箍咒

正則化(regularization)就是對模型的行為設定約束和懲罰,來避免AI太過「自信」。正則化會對特徵的權重大小施加懲罰,權重是指AI認為這個特徵有多重要。模型在訓練時除了要讓預測結果準確,還要確保權重維持在一定範圍內。為了達成這個目標,如果一個特徵對提昇準確度幫助不大,模型就會降低它的權重。

舉例來說,假如AI模型在預測房價時,給予「城市氣溫」這個特徵極高權重(認為它對房價影響很大),正則化就會給予這個大權重施加懲罰。而為了避免懲罰,模型會自動學習降低城市氣溫的權重,同時提昇「平均收入」或「人口成長」等關鍵特徵的權重,透過懲罰機制讓模型自主學會什麼是重要的。

5.集成方法:AI分工合作

集成方法(Ensemble methods)就像是建立一個「專家小組」,集結不同AI的判斷綜合得出最全面的結論。常見的是有Bagging(投票/取平均)、Boosting(輪流糾錯)等方式,Bagging會讓多個AI用不同資料子集訓練,例如當你想要預測電影票房,可以讓100個模型用不同年份的電影資料訓練,最後再平均這100個模型得出的票房結果。

而Boosting則是讓不同模型依序訓練,第二個模型會針對第一個模型預測不準確的電影類型加強訓練,一步步彌補前一個模型的不足,分工合作解決複雜問題。

延伸閱讀:企業最昂貴的日常不是薪水,是「瞎忙文化」!4個心靈拷問,看看你的組織中了幾個?

資料來源:AIML.comMathworksIBMAWS

責任編輯:李先泰

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從缺工到食安:古吉系統科技如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
從缺工到食安:古吉系統科技如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?

Computex 2026 圓滿落幕,除了 AI 與機器人應用之外,服務業數位化也成為展場上的另一項焦點。其中,自助服務設備品牌古吉系統科技展出的多款新品,以「雙機整合」概念吸引不少參觀者目光。無論是雙面自助點餐機、POS 與自助點餐二合一雙系統機,或桌上型 1 托 2 點餐機,皆為台灣首創、自主研發的創新設計,不僅展現古吉深厚的產品研發與系統整合能力,放眼國際市場也具有高度差異化。

古吉系統科技總經理吳三奇表示,古吉長期聚焦於如何用更高效率、更低成本的方式協助業者解決營運痛點,希望透過持續創新,滿足不同場域與業態的需求,進一步推動服務業數位轉型。

#3 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

從連鎖品牌走向街邊小店,自助設備迎來新一波普及潮

事實上,相較於連鎖餐廳、速食店或手搖飲品牌,自助設備在傳統市場、市集攤販、街邊小吃等中式餐飲場域的普及率一直不高。古吉系統科技總經理吳三奇分析,背後原因主要來自資訊落差、經營習慣與成本考量三大因素。

不過,隨著食藥署修正《食品良好衛生規範準則》,明定餐飲從業人員在調理即食食品時,手部不得接觸現金,這樣的市場現況正逐漸出現改變。關鍵在於,傳統餐飲業者的人力本就有限,「老闆一人負責點餐、備餐兼找零」的作業模式已成常態,即便有意增聘人力,也往往受限於缺工問題而不易實現。

在此背景下,自助點餐機/售票機、自助付款機等自助設備成了最佳解答。吳三奇形容,業者導入自助設備就像多聘請一位櫃檯人員,不僅能協助處理點餐、收款等重複性工作,符合法規要求及降低第一線人力負擔,也能減少找錯錢、收到假鈔,以及尖峰時段來不及應對顧客需求等問題,讓業者能將更多心力投入餐點製作與服務品質提升。

從早餐店到主題樂園,自助設備如何解決不同產業的營運痛點?

而從古吉服務的客戶案例來看,自助設備所解決的問題,不只是作業效率而已,而是涵蓋人流分散、收款管理與消費體驗等不同面向,且應用場景橫跨餐飲業、觀光休閒等各種服務場域。

像連鎖早餐品牌晨間廚房便透過自助設備解決尖峰時段的人流問題。由於早午餐產業的顧客高度集中在特定尖峰時段,且普遍不願久候,因此,點餐與出餐效率往往直接影響門市營運表現。為此,晨間廚房在原有的 POS 與手機點餐系統外,再導入古吉自助點餐機進行分流顧客,不僅提供更多元的點餐選擇,也有效降低櫃檯壓力並提升整體點餐與出餐效率。

而手搖飲品牌茶之魔手則透過自助收款設備改善門市收銀流程,其將自助收款機整合既有 POS 系統,店員只需負責點餐即可,由消費者自行完成付款流程,不僅減少收款、找零所耗費的時間,也能降低錯誤風險,進而快速消化排隊人流。

值得注意的是,自助設備的應用也早已跨出餐飲產業。例如主題樂園遠雄海洋公園便導入自動售票機並整合園區消費系統,遊客在購票的同時,還可取得折價卷,折抵在園區內的消費,不僅降低售票窗口的人力需求,也讓遊客從購票到入園的流程更加順暢。

#1 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

從店家痛點出發,打造跨產業的一站式解決方案

從餐飲到觀光,不同產業面臨的營運挑戰雖然各不相同,卻都能在古吉的解決方案中找到對應答案,關鍵在於,古吉從市場需求角度出發,建立起涵蓋點餐、收款、叫號、廚房作業及營運管理的一站式解決方案,並透過多元產品組合滿足不同場域需求。

吳三奇進一步說明,古吉系統科技早在 2014 年便投入研發自助點餐系統,長期與第一線店家合作的過程中,發現許多業者面臨相似的經營難題,例如:人力不足、店面空間有限等。因此,古吉的產品開發始終圍繞著「省空間、更有效率、降低成本」三大目標,希望透過科技協助店家減輕人力負擔,同時優化營運流程。

正因如此,古吉系統科技不斷研發新產品,目前市場上多數品牌僅能提供 3 至 5 種機型,古吉卻已發展出 12 至 15 種不同尺寸與安裝形式的設備,讓業者能依照自身業態與空間條件選擇最適合的配置。

這樣的研發思維,也體現在古吉 2026 年推出的多款新產品上。例如:雙面自助點餐機採用兩個螢幕共用一台主機的設計,可同時服務兩位顧客;桌上型 1 托 2 點餐機則讓兩台點餐機共用一台付款設備,在有限空間中提升服務量能;而 POS 與自助點餐二合一雙系統機,則兼具店員服務與顧客自助操作兩種模式,可依現場需求靈活調整,無論是店員點餐、顧客自助結帳,或由顧客自行完成點餐與付款,都能有效提升整體營運效率。

「我們不是為了追求產品數量而開發新產品,而是從店家真正遇到的問題出發。」吳三奇表示,正因為持續思考如何解決店家在人力與空間上的限制,古吉才能持續創新產品,並成為台灣商家導入數量最高的自助點餐機品牌。

展望未來,吳三奇認為,隨著食安規範逐步落實,加上缺工問題短期內難以緩解,自助設備在服務業中的角色也將持續轉變,從過去提升效率的選配工具,逐漸成為維持營運、兼顧合規與優化顧客體驗的基本配備,並進一步推動餐飲業展開新一波數位轉型。

#0 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

面對市場需求持續升溫,古吉系統科技也將持續投入產品創新,包括導入 AI 應用、縮減設備體積,以及開發更多符合不同場域需求的解決方案。同時,古吉也正積極布局日本、香港、越南等海外市場,希望將台灣自主研發的自助服務技術推向國際,讓更多企業透過科技提升營運效率與服務品質。

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