[笔记]线性回归&梯度下降
一、总述
线性回归算法属于监督学习的一种,主要用于模型为连续函数的数值预测。
过程总得来说就是初步建模后,通过训练集合确定模型参数,得到最终预测函数,此时输入自变量即可得到预测值。
二、基本过程
1、初步建模。确定假设函数h(x)(最终预测用)
2、建立价值函数J(θ)(也叫目标函数、损失函数等,求参数θ用)
3、求参数θ。对价值函数求偏导(即梯度),再使用梯度下降算法求出最终参数θ值
4、将参数θ值代入假设函数
三、约定符号
x:自变量,即特征值
y:因变量,即结果
h(x):假设函数
J(θ):价值函数
n:自变量个数,即特征值数量
m:训练集数据条数
α:学习速率,即梯度下降时的步长
四、具体过程
1、初步建模
根据训练集的数据特点创建假设函数,这里我们创建如下基本线性函数
这里需要说明的一点是公式的最后一步,如果把各组参数和自变量组织成矩阵,也可以利用矩阵方式计算。
我们说到矩阵,默认是指的列矩阵。这里先将参数矩阵转置行矩阵,然后就可以和X列矩阵做内积以得结果。
2、建立价值函数
为了让我们的假设函数更好的拟合实际情况,我们可以使用最小二乘法(LMS)建立价值函数,然后将训练集数据代入,然后想办法让该函数的所有结果尽可能小。
这里前面的1/2只是为了后面求导计算时方便而特地加上的。
怎么让其值尽可能小呢?
方法就是求该价值函数对θ的偏导数,再利用梯度下降算法进行收敛。
3、求参数
使用梯度下降算法,不断修正各θ的值,直到收敛。
判断是否收敛,可以用如下方法:
1、直到θ值变化不再明显(差值小于某给定值);
2、将训练集代入假设函数,判断所有假设函数值之和的变化情况,直到变化不再明显;
3、当然,特殊情况下也可以强制限制迭代次数(可用于最大循环上限,防止死循环)。
下面就是迭代中用到的公式:
α为学习速率,即每次迭代的步长,如果太小则迭代速度过慢,如果太大则因为跨度太大无法有效找到期望的最小值,该值需要根据实际情况进行调整。
要使用代码实现的话,出现一堆导数可不成,所以要先求最右边的偏导数部分,将价值函数代入:
其实这里参数的数量和自变量的数量是一致的,也就是j=n。
所以梯度下降公式就变成了这样:
再代入训练集合的话公式就是:
(公式左边theta上面的尖号表示这是期望值)
这就得到了传说中的批量梯度下降算法。
但该算法在训练集合非常大的情况下将会非常低效,因为每次更新theta值时都要将整个训练集的数据代入计算。
所以通常实际情况中会使用改进的增量梯度下降(随机梯度下降)算法:
该算法每次更新只会使用训练集中的一组数据。
这样虽然牺牲了每次迭代时的最优下降路线,但是从整体来看路线还是下降的,只是中间走了写弯路而已,但是效率却大大改善了。
4、得到最终预测函数
将最终的θ值代入最初的假设函数,即得到了最终的预测函数。
五、代码实现
增量梯度下降,Python代码实现:
# -*- coding:utf-8 -*-
"""
增量梯度下降
y=1+0.5x
"""
import sys # 训练数据集
# 自变量x(x0,x1)
x = [(1,1.15),(1,1.9),(1,3.06),(1,4.66),(1,6.84),(1,7.95)]
# 假设函数 h(x) = theta0*x[0] + theta1*x[1]
# y为理想theta值下的真实函数值
y = [1.37,2.4,3.02,3.06,4.22,5.42] # 两种终止条件
loop_max = 10000 # 最大迭代次数
epsilon = 0.0001 # 收敛精度 alpha = 0.005 # 步长
diff = 0 # 每一次试验时当前值与理想值的差距
error0 = 0 # 上一次目标函数值之和
error1 = 0 # 当前次目标函数值之和
m = len(x) # 训练数据条数 #init the parameters to zero
theta = [0,0] count = 0
finish = 0
while count<loop_max:
count += 1
# 遍历训练数据集,不断更新theta值
for i in range(m):
# 训练集代入,计算假设函数值h(x)与真实值y的误差值
diff = (theta[0] + theta[1]*x[i][1]) - y[i]
# 求参数theta,增量梯度下降算法,每次只使用一组训练数据
theta[0] = theta[0] - alpha * diff * x[i][0]
theta[1] = theta[1] - alpha * diff * x[i][1]
# 此时已经遍历了一遍训练集,求出了此时的theta值
# 判断是否已收敛
if abs(theta[0]-error0) < epsilon and abs(theta[1]-error1) < epsilon:
print 'theta:[%f, %f]'%(theta[0],theta[1]),'error1:',error1
finish = 1
else:
error0,error1 = theta
if finish:
break print 'FINISH count:%s' % count
运行的最终结果是:
theta:[1.066522, 0.515434] error1: 0.515449819658
FINISH count:564
理想的真实值θ1=1,θ2=0.5
计算出来的是θ1=1.066522,θ2=0.515434
迭代了564次
需要注意一点,实际过程中需要反复调整收敛精度和学习速率这两个参数,才可得到满意的收敛结果!
另外,如果函数有局部极值问题,则可以将θ随机初始化多次,寻找多个结果,然后从中找最优解。
正规方程法这里先不做讨论了~
-- EOF --
[笔记]线性回归&梯度下降的更多相关文章
- 线性回归 Linear regression(2)线性回归梯度下降中学习率的讨论
这篇博客针对的AndrewNg在公开课中未讲到的,线性回归梯度下降的学习率进行讨论,并且结合例子讨论梯度下降初值的问题. 线性回归梯度下降中的学习率 上一篇博客中我们推导了线性回归,并且用梯度下降来求 ...
- 机器学习(1)之梯度下降(gradient descent)
机器学习(1)之梯度下降(gradient descent) 题记:最近零碎的时间都在学习Andrew Ng的machine learning,因此就有了这些笔记. 梯度下降是线性回归的一种(Line ...
- Python实现——一元线性回归(梯度下降法)
2019/3/25 一元线性回归--梯度下降/最小二乘法_又名:一两位小数点的悲剧_ 感觉这个才是真正的重头戏,毕竟前两者都是更倾向于直接使用公式,而不是让计算机一步步去接近真相,而这个梯度下降就不一 ...
- ng机器学习视频笔记(一)——线性回归、代价函数、梯度下降基础
ng机器学习视频笔记(一) --线性回归.代价函数.梯度下降基础 (转载请附上本文链接--linhxx) 一.线性回归 线性回归是监督学习中的重要算法,其主要目的在于用一个函数表示一组数据,其中横轴是 ...
- 斯坦福机器学习视频笔记 Week1 线性回归和梯度下降 Linear Regression and Gradient Descent
最近开始学习Coursera上的斯坦福机器学习视频,我是刚刚接触机器学习,对此比较感兴趣:准备将我的学习笔记写下来, 作为我每天学习的签到吧,也希望和各位朋友交流学习. 这一系列的博客,我会不定期的更 ...
- Andrew Ng机器学习公开课笔记 -- 线性回归和梯度下降
网易公开课,监督学习应用.梯度下降 notes,http://cs229.stanford.edu/notes/cs229-notes1.pdf 线性回归(Linear Regression) 先看个 ...
- 吴恩达机器学习笔记7-梯度下降III(Gradient descent intuition) --梯度下降的线性回归
梯度下降算法和线性回归算法比较如图: 对我们之前的线性回归问题运用梯度下降法,关键在于求出代价函数的导数,即: 我们刚刚使用的算法,有时也称为批量梯度下降.实际上,在机器学习中,通常不太会给算法起名字 ...
- 机器学习算法整理(一)线性回归与梯度下降 python实现
回归算法 以下均为自己看视频做的笔记,自用,侵删! 一.线性回归 θ是bias(偏置项) 线性回归算法代码实现 # coding: utf-8 get_ipython().run_line_mag ...
- 【深度学习】线性回归(Linear Regression)——原理、均方损失、小批量随机梯度下降
1. 线性回归 回归(regression)问题指一类为一个或多个自变量与因变量之间关系建模的方法,通常用来表示输入和输出之间的关系. 机器学习领域中多数问题都与预测相关,当我们想预测一个数值时,就会 ...
随机推荐
- 利用 Windows Azure 实现“云优先”
根据 IDC 的调查,云计算无疑为我们的合作伙伴提供了巨大的机会,预计到 2016 年,全球企业将在公共云服务上耗资 980 亿美元.在今天的休斯敦全球合作伙伴大会上,我们非常高兴能与合作伙伴共同寻求 ...
- 顺便说一下$.each()函数:
$.each()函数不同于JQuery对象的each()方法,它是一个全局函数,不操作JQuery对象,而是以一个数组或者对象作为第1个参数,以一个回调函数作为第2个参数.回调函数拥有两个参数:第1个 ...
- 迷宫寻宝(一)(bfs)
迷宫寻宝(一) 时间限制:1000 ms | 内存限制:65535 KB 难度:4 描述 一个叫ACM的寻宝者找到了一个藏宝图,它根据藏宝图找到了一个迷宫,这是一个很特别的迷宫,迷宫里有N个编 ...
- [置顶] 浅析objc的消息机制
学习ios的同学都知道ojbc一种runtime的语言,runtime表明函数的真正执行的时候来确定函数执行的.这样的好处就是我们能很灵活的设计我们的代码,也能在看似合法的情况下做一些非常有意思的事情 ...
- Linux网桥介绍
网桥的功能类似于二层交换机,作用都是划分冲突域,它们之前且一些细微的差别,此处不展开. Linux网桥作为一个特殊的网桥的实现,有一些自己的特点,因为没有看代码,只能从功能上简单分析一下.个人认为,L ...
- 拾遗补缺之session,高手请跳过!
session timeout(单位:分钟)---web.config文件中 session共享时需要使用stateServer模式(web.config中,mode="stateServe ...
- description方法介绍及重写
- 让ie支持placeholder属性,一段js搞定
placeholder属性真的是超级好用的新属性,可惜,只有新版浏览器才支持,为了写出输入框贴心提示,老方法就是加span标签覆盖,营造出placeholder提示的感觉,现在安利一款好用的js,好用 ...
- Java语言导学笔记 Chapter 9 IO
java.io 9.1.1 字符流 Reader为读取器(reader)提供API和部分实现,读取器是读取16位字符的流: Writer为写出器(writer)提供API和部分实现,写出器是写16位字 ...
- Euclid gcd规则的证明
Euclid 规则:如果x和y都是正整数,而且x>=y,那么gcd(x,y)=gcd(x mod y, y) 假设x和y的gcd为a,那么必然有 x=a*n1 y=a*n2(gcd(n1,n2) ...