[C3] 正则化(Regularization)
正则化(Regularization - Solving the Problem of Overfitting)
欠拟合(高偏差) VS 过度拟合(高方差)
Underfitting, or high bias, is when the form of our hypothesis function h maps poorly to the trend of the data.
It is usually caused by a function that is too simple or uses too few features.
欠拟合(高偏差):没有很好的拟合训练集数据;
At the other extreme, overfitting, or high variance, is caused by a hypothesis function that fits the available data but does not generalize well to predict new data.
It is usually caused by a complicated function that creates a lot of unnecessary curves and angles unrelated to the data.
过度拟合(高方差):可以很好的拟合训练集数据,但是函数太过庞大,变量太多,且缺少足够多的数据约束该模型(m < n),无法泛化到新的数据样本。
This terminology is applied to both linear and logistic regression. There are two main options to address the issue of overfitting:
两种方法解决过度拟合:
- Reduce the number of features
- Manually select which features to keep
- Use a model selection algorithm (studied later in the course)
- Regularization
- Keep all the features, but reduce the magnitude of parameters \(\theta_j\).
- Regularization works well when we have a lot of slightly useful features.
正则化 - 线性回归代价函数
所有正则化均不包括 \(\theta_0\) 项
\(J(\theta)=\frac{1}{2m} \Bigg[ \sum\limits_{i=1}^m \Big( h_\theta(x^{(i)}) - y^{(i)} \Big)^2 + \lambda \sum\limits_{j=1}^n \theta_j^2 \Bigg]\)
向量化表示为(A vectorized implementation is):
\(\overrightarrow{h}=g(X \overrightarrow{\theta})\)
\(J(\theta)=\frac{1}{2m} \cdot \Bigg[ (\overrightarrow{h}-\overrightarrow{y})^T \cdot (\overrightarrow{h}-\overrightarrow{y}) + \lambda \cdot (\overrightarrow{l} \cdot \overrightarrow{\theta}^{.2}) \Bigg]\)
\(\overrightarrow{l} = [0, 1, 1, ...1]\)
代码实现:
m = length(y);
l = ones(1, length(theta)); l(:,1) = 0;
J = 1/(2*m) * ((X * theta - y)' * (X * theta - y) + lambda * (l * (theta.^2));
or
J = 1/(2*m) * ((X * theta - y)' * (X * theta - y) + lambda * (theta'*theta - theta(1,:).^2);
正则化 - 逻辑回归代价函数
所有正则化均不包括 \(\theta_0\) 项
\(J(\theta)=-\frac{1}{m} \sum\limits_{i=1}^m \Bigg[ y^{(i)} \cdot log \bigg(h_\theta(x^{(i)}) \bigg) + (1-y^{(i)}) \cdot log \bigg(1-h_\theta(x^{(i)}) \bigg) \Bigg] + \frac{\lambda}{2m} \sum\limits_{j=1}^n \theta_j^2\)
向量化表示为(A vectorized implementation is):
\(\overrightarrow{h}=g(X \overrightarrow{\theta})\)
\(J(\theta)=\frac{1}{m} \cdot \Big( -\overrightarrow{y}^T \cdot log(\overrightarrow{h}) - (1- \overrightarrow{y})^T \cdot log(1- \overrightarrow{h}) \Big) + \frac{\lambda}{2m} (\overrightarrow{l} \cdot \overrightarrow{\theta}^{.2})\)
\(\overrightarrow{l} = [0, 1, 1, ...1]\)
代码实现:
m = length(y);
l = ones(1, length(theta)); l(:,1) = 0;
J = (1/m)*(-y'*log(sigmoid(X*theta))-(1 - y)'* log(1-sigmoid(X*theta))) + ...
(lambda/(2*m))*(l*(theta.^2));
or
J = (1/m)*(-y'*log(sigmoid(X*theta))-(1 - y)'* log(1-sigmoid(X*theta))) + ...
(lambda/(2*m))*(theta'*theta - theta(1,:).^2);
正则化后的线性回归和逻辑回归梯度下降
所有正则化均不包括 \(\theta_0\) 项
\(\begin{cases} \theta_0:=\theta_0 - \alpha \frac{1}{m} \sum\limits_{i=1}^m \Big( h_\theta(x^{(i)}) - y^{(i)} \Big) \cdot x_0^{(i)} \\ \\ \theta_j:=\theta_j - \alpha \Bigg[ \frac{1}{m} \sum\limits_{i=1}^m \Big( h_\theta(x^{(i)}) - y^{(i)} \Big) \cdot x_j^{(i)} + \frac{\lambda}{m} \cdot \theta_j \Bigg] \end{cases}\)
向量化表示为(A vectorized implementation is):
\(\frac{1}{m} \cdot \Big( X^T \cdot (\overrightarrow{h} - \overrightarrow{y}) \Big) + \frac{\lambda}{m} \cdot \theta^{'}\)
\(\theta^{'} = \begin{bmatrix} 0\\[0.3em]\theta_1\\[0.3em]\theta_2\\[0.3em].\\[0.3em].\\[0.3em].\\[0.3em]\theta_n \end{bmatrix}\)
代码实现:
reg_theta=theta; reg_theta(1, :) = 0;
grad = (1/m)*(X'*(sigmoid(X*theta) - y)) + (lambda/m)*reg_theta;
最终形式:对 \(\theta_j\) 的梯度下降公式进行整理变形(With some manipulation our update rule can also be represented as):
\(\begin{cases} \theta_0:=\theta_0 - \alpha \frac{1}{m} \sum\limits_{i=1}^m \Big( h_\theta(x^{(i)}) - y^{(i)} \Big) \cdot x_0^{(i)} \\ \\ \theta_j:=\theta_j (1- \alpha \frac{\lambda}{m}) - \alpha \frac{1}{m} \sum\limits_{i=1}^m \Big( h_\theta(x^{(i)}) - y^{(i)} \Big) \cdot x_j^{(i)} \end{cases}\)
对线性回归正规方程进行正则化
所有正则化均不包括 \(\theta_0\) 项
\(1 - \alpha\frac{\lambda}{m}\) will always be less than 1. Intuitively you can see it as reducing the value of \(\theta_j\) by some amount on every update. Notice that the second term is now exactly the same as it was before.
Now let's approach regularization using the alternate method of the non-iterative normal equation.
To add in regularization, the equation is the same as our original, except that we add another term inside the parentheses:
原始形态 \(\overrightarrow{\theta} = (X^TX)^{-1}X^T \overrightarrow{y}\)
正则化后 \(\overrightarrow{\theta} = (X^TX + \lambda L)^{-1}X^T \overrightarrow{y}\)
\(L = \begin{bmatrix} 0&&&&&&\\[0.3em]&1&&&&&\\[0.3em]&&1&&&&\\[0.3em]&&&·&&&\\[0.3em]&&&&·&&\\[0.3em]&&&&&·&\\[0.3em]&&&&&&1\end{bmatrix}\)
L is a matrix with 0 at the top left and 1's down the diagonal, with 0's everywhere else. It should have dimension (n+1)×(n+1).
Intuitively, this is the identity matrix (though we are not including \(x_0\))multiplied with a single real number \(\lambda\).
Recall that if m < n, then \(X^TX\) is non-invertible. However, when we add the term \(\lambda⋅L\), then \(X^TX + \lambda⋅L\) becomes invertible.
程序代码
正则化的特性已经全部添加到了其他练习代码中,如线性回归,逻辑回归,神经网络等。可在其他练习中查看到,如需非正则化,只要将Lambda=0即可。
获取源码以其他文件,可点击右上角 Fork me on GitHub 自行 Clone。
[C3] 正则化(Regularization)的更多相关文章
- [DeeplearningAI笔记]改善深层神经网络1.4_1.8深度学习实用层面_正则化Regularization与改善过拟合
觉得有用的话,欢迎一起讨论相互学习~Follow Me 1.4 正则化(regularization) 如果你的神经网络出现了过拟合(训练集与验证集得到的结果方差较大),最先想到的方法就是正则化(re ...
- zzL1和L2正则化regularization
最优化方法:L1和L2正则化regularization http://blog.csdn.net/pipisorry/article/details/52108040 机器学习和深度学习常用的规则化 ...
- 7、 正则化(Regularization)
7.1 过拟合的问题 到现在为止,我们已经学习了几种不同的学习算法,包括线性回归和逻辑回归,它们能够有效地解决许多问题,但是当将它们应用到某些特定的机器学习应用时,会遇到过拟合(over-fittin ...
- 斯坦福第七课:正则化(Regularization)
7.1 过拟合的问题 7.2 代价函数 7.3 正则化线性回归 7.4 正则化的逻辑回归模型 7.1 过拟合的问题 如果我们有非常多的特征,我们通过学习得到的假设可能能够非常好地适应训练集( ...
- (五)用正则化(Regularization)来解决过拟合
1 过拟合 过拟合就是训练模型的过程中,模型过度拟合训练数据,而不能很好的泛化到测试数据集上.出现over-fitting的原因是多方面的: 1) 训练数据过少,数据量与数据噪声是成反比的,少量数据导 ...
- [笔记]机器学习(Machine Learning) - 03.正则化(Regularization)
欠拟合(Underfitting)与过拟合(Overfitting) 上面两张图分别是回归问题和分类问题的欠拟合和过度拟合的例子.可以看到,如果使用直线(两组图的第一张)来拟合训,并不能很好地适应我们 ...
- CS229 5.用正则化(Regularization)来解决过拟合
1 过拟合 过拟合就是训练模型的过程中,模型过度拟合训练数据,而不能很好的泛化到测试数据集上.出现over-fitting的原因是多方面的: 1) 训练数据过少,数据量与数据噪声是成反比的,少量数据导 ...
- 1.4 正则化 regularization
如果你怀疑神经网络过度拟合的数据,即存在高方差的问题,那么最先想到的方法可能是正则化,另一个解决高方差的方法就是准备更多数据,但是你可能无法时时准备足够多的训练数据,或者获取更多数据的代价很高.但正则 ...
- 机器学习(五)--------正则化(Regularization)
过拟合(over-fitting) 欠拟合 正好 过拟合 怎么解决 1.丢弃一些不能帮助我们正确预测的特征.可以是手工选择保留哪些特征,或者使用一 些模型选择的算法来帮忙(例如 PCA) 2.正则化. ...
随机推荐
- CF620C Pearls in a Row
CF620C Pearls in a Row 洛谷评测传送门 题目描述 There are nn pearls in a row. Let's enumerate them with integers ...
- Python程序练习题(一)
Python:程序练习题(一) 1.2 整数序列求和.用户输入一个正整数N,计算从1到N(包含1和N)相加之后的结果. 代码如下: n=input("请输入整数N:") sum=0 ...
- 洛谷 P5658 括号树
\(50pts\) #include <cstdio> #include <cstring> #include <iostream> #include <al ...
- SpringMVC拦截器和数据校验
1.什么是拦截器 Spring MVC中的拦截器(Interceptor)类似于Servlet中的过滤器(Filter),它主要用于拦截用户请求并作相应的处理.例如通过拦截器可以进行权限验证.记录请求 ...
- 节点List相关操作
为方便遍历子节点,lxml将节点list的操作尽可能的与python处理list的方式一样保持一致 创建XML from lxml import etree root = etree.Element( ...
- 15-Django开发REST接口
使用Django开发REST接口 我们以在Django框架中使用的图书以及书中人物案例来写一套支持图书数据增删改查的REST API接口,来理解REST API的开发(前后端均发送JSON格式数据) ...
- 11-Django站点管理
站点管理 内容发布的部分由网站的管理员负责,包括查看.添加.修改.删除数据 开发这些重复的功能是一件单调乏味.缺乏创造力的工作,为此,Django能够根据定义的模型类自动地生成管理模块 在Django ...
- Day02stu
⦁ 环境搭建之接口测试工具Jmeter搭建 1) 什么是Jmeter? Jmeter是一个接口测试工具,基于Java开发,是是Apche公司使用Java平台开发的一款测试工具. 运行环境需要配置:JD ...
- 相关pycharm(进阶?)
记录今日发现 对于pycharm细节 注意:项目的位置可以自己定 这里的新建project,建议对python.exe 文件的选择使用自己安装的位置,如下图 create,你就有了一个解释器是你自己安 ...
- Java电商项目-3.使用VSFTPD_Nginx完成商品新增
目录 到Github获取源码请点击此处 一. 商品类目查询 二. FTP图片服务器的搭建 图片上传思路介绍 Linux中安装vsftpd 接着配置ftp服务, 让外网可以访问 Http服务器搭建 Ng ...