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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數位時代 X 國泰金控 從百套系統上雲到 Cloud First:國泰如何把雲端變成AI成長引擎?
數位時代 X 國泰金控 從百套系統上雲到 Cloud First:國泰如何把雲端變成AI成長引擎?

2019年金融監理機關正式將雲端納入委外規範後,揭示金融業上雲時代來臨,國泰金控數數發中心成立雲端策略發展部,負責擬定集團上雲策略,並於2020年正式啟動7年集團雲端轉型計畫;在多數金融機構仍停留在單點遷移或IT現代化的現下,國泰金融集團在 2025 年即完成 100 套系統上雲,更將雲端轉型階段從 Cloud Ready、Cloud Adoption 推向 Cloud First,成為數據與人工智慧應用的關鍵引擎。

國泰金控資訊長|吳建興 James Wu
圖/ 數位時代

「百套系統上雲不僅僅是數字,更是讓國泰從『 IT 進化業務』邁向『 IT 驅動成長』的關鍵轉折。」國泰金控雲端策略發展部協理顏勝豪表示,上雲帶來的效益十分顯著,包括提升資源可用性與營運敏捷度、減輕 IT 維運負擔;同時,雲端業者多具備零碳排或綠能機房機制,亦有助於企業朝向 ESG 永續營運邁進。「金融上雲不是單純的現代化基礎設施或者是升級技術,而是為了換取速度與可靠度,讓集團可以加速創新腳步、彈性調配資源,以及培育所需人才與技能,為未來做最佳準備。」
為讓集團員工、金融同業以及有志上雲的夥伴可以進一步探討雲端轉型的各種可能,國泰金控舉辦雲端轉型成果發表會,會中除有集團子公司分享最新成果,三大公有雲平台業者也從不同技術視角共同探討在合規、資安與 AI 應用的可能。

七年、三階段,國泰金融集團將雲端內化為營運流程與創新引擎

國泰金控科技長|姚旭杰 Marcus Ya
圖/ 數位時代

為什麼國泰可以領先市場完成雲端轉型、數據與 AI 賦能業務?

顏勝豪認為,雲端轉型的起點不是直接遷移系統,而是從四個面向打底:應用系統盤點評估、雲端架構設計、雲端遷移藍圖規劃,以及組織治理框架建立,而這也是 Cloud Ready 階段最重要的事情。
「不同子公司有不同商業模式與節奏,若沒有共同語言與平台底座,上雲很容易各自為政。」顏勝豪表示,為讓所有員工可以齊步前行,國泰以雲端遷移方法論 Cathay 6R(註1)作為共同語言、用平台作為共同底座,讓轉型不只是技術選擇,而是集團行動。
完成單一系統的雲端遷移後,便進入 Cloud Adoption 階段。在這個階段中,要透過大規模遷移建立更成熟的上雲標準作業流程(SOP),透過 FinOps 機制控管與優化雲端營運成本,以及透過自動化與治理模型確認多雲環境與安全與維運穩定性,目標是將雲端內化為組織日常運營的一部分,進而邁向 Cloud First 階段:在合規前提下,新專案與系統升級預設在雲端環境開發,並善用雲原生優勢加速新產品功能開發速度。
「集團雲端策略只有一個核心原則:讓雲成為 AI 時代的成長引擎,而不是單純的基礎設施。」關於國泰的未來雲端布局,顏勝豪如是總結。

國泰金控 雲端策略發展部 協理|顏勝豪 Otto Yen
圖/ 數位時代

以雲端為 AI 資源引擎、發揮數據燃料價值,實現 AI 賦能業務應用

國泰不僅在2025年完成集團百套系統上雲,也啟動數據上雲計畫並為 GenAI 奠定基礎建設。
例如國泰金控實現數據上雲,打造資料湖倉與 GAIA 生態系統架構為 AI 賦能業務做準備:成立國泰風險聯防中心(CRC)攜手集團洗防人員強化風險控管與金融犯罪因應能力;釋出國泰員工 AI 助手–Agia–Beta
版,提供差勤、福利與權益、技術支援、職務職能與集團其他資訊等五大類別管理辦法等查詢服務;此外,亦推出集團數據共享平台、集團法規知識庫、 AI 評測中心等服務,更好發揮 Cloud First 與 AI 賦能業務應用的價值。
雲端是 AI 時代的關鍵底座、數據則是 AI 的燃料。顏勝豪指出,發展AI需要龐大的 GPU 算力,若自建 GPU 機房,不僅硬體設備昂貴、折舊速度快,光是散熱系統一年就高達兩、三千萬元的成本,若採取雲端資源,可以隨啟隨用,同時,大幅降低試錯成本。「當雲端打好基礎、AI成為能力模組,銀行、人壽、產險與證券的創新不再是單點突破,而是放大集團級綜效。」

國泰以 Cloud First + AI 持續領先市場、形塑未來樣貌

「雲端可以優化算力成本,資料則決定 AI 應用上限。」顏勝豪解釋,在 AI 新世代,AI 模型定調能力「下限」,集團子公司掌握的「獨特資料」則決定應用的「上限」,考量雲端有許多好用 AI 服務,唯有資料上雲才能發揮數據價值、用 AI 賦能集團各子公司業務。
例如國泰世華銀行將採取多公有雲策略,打造雲端智慧生態圈,並以現代化雲原生技術拓展應用場景;同時,運用 AI 與資料分析優化客戶服務體驗,並藉由跨雲整合機制支援多元業務模式,以充分發揮上雲效益。至於國泰產險,不僅在兩年半內完成13套核心系統上雲、優化營運流程,如以 Serverless 架構打造百萬級效果、萬元成本的短網址系統等,讓雲端成為產險驅動長期成長的核心引擎與標準配備。

國泰人壽則是透過雲端與 AI 滿足不同客戶需求,如以 AI Search 精準呈現關鍵字搜尋結果,讓客戶可以精準且快速的查找所需資料、大幅優化官網體驗與滿意度。至於國泰證券則是於2026年初推出「庫存管家」服務,以客戶持股為核心,應用 AI 技術打造個人化推播服務,協助投資人更有效率地掌握庫存狀況,提供更即時、系統化的投資管理體驗。
總的來說,國泰金控在集團的雲端轉型不僅是技術升級,更是思維革新,從百套系統上雲進展到 Cloud First 階段,可以預期在雲地基礎下,國泰將進一步引領 AI 時代變革,持續提升營運韌性與放大創新價值。

註1:Cathay 6R 國泰設計 Cathay 6R 雲端遷移方法論,將系統遷移方式依據上雲模式、系統開發成本分為 Rehost 、Replatform、Refactor、Rewrite、Replace 和 Retain 共6種遷移架構,並能對應到 IaaS、PaaS、SaaS 三種不同上雲模式。

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