机器学习--Lasso回归和岭回归
之前我们介绍了多元线性回归的原理, 又通过一个案例对多元线性回归模型进一步了解, 其中谈到自变量之间存在高度相关, 容易产生多重共线性问题, 对于多重共线性问题的解决方法有: 删除自变量, 改变数据形式, 添加正则化项, 逐步回归, 主成分分析等. 今天我们来看看其中的添加正则化项.
添加正则化项, 是指在损失函数上添加正则化项, 而正则化项可分为两种: 一种是L1正则化项, 另一种是L2正则化. 我们把带有L2正则化项的回归模型称为岭回归, 带有L1正则化项的回归称为Lasso回归.
1. 岭回归
引用百度百科定义.
岭回归(英文名:ridge regression, Tikhonov regularization)是一种专用于共线性数据分析的有偏估计回归方法,实质上是一种改良的最小二乘估计法,通过放弃最小二乘法的无偏性,以损失部分信息、降低精度为代价获得回归系数更为符合实际、更可靠的回归方法,对病态数据的拟合要强于最小二乘法。
通过定义可以看出, 岭回归是改良后的最小二乘法, 是有偏估计的回归方法, 即给损失函数加上一个正则化项, 也叫惩罚项(L2范数), 那么岭回归的损失函数表示为

其中, m是样本量, n是特征数,
是惩罚项参数(其取值大于0), 加惩罚项主要为了让模型参数的取值不能过大. 当
趋于无穷大时, 对应
趋向于0, 而
表示的是因变量随着某一自变量改变一个单位而变化的数值(假设其他自变量均保持不变), 这时, 自变量之间的共线性对因变量的影响几乎不存在, 故其能有效解决自变量之间的多重共线性问题, 同时也能防止过拟合.
2. Lasso回归
岭回归的正则化项是对
求平方和, 既然能求平方也就能取绝对值, 而Lasso回归的L1范数正是对
取绝对值, 故其损失函数可以表示为

当只有两个自变量时, L1范数在二维上对应的图形是矩形(顶点均在坐标轴上, 即其中一个回归系数为0), 对于这样的矩形来说其顶点更容易与同心椭圆(等值线)相交, 而相交的点则为最小损失函数的最优解. 也就是说Lasso会出现回归系数为0的情况. 对于L2范数来说则是圆形,其不会相交于坐标轴上的点, 自然也就不会出现回归系数为0的情况. 当然多个自变量也是同样的道理
3. 岭回归和Lasso回归对比
相同点:
1. 岭回归和Lasso回归均是加了正则化项的线性回归模型, 本质上它们都是线性回归模型.
2. 两者均能在一定程度上解决多重共线性问题, 并且可以有效避免过拟合.
3. 回归系数均受正则化参数的影响, 均可以用图形表示回归系数和正则化参数的关系, 并可以通过该图形进行变量以及正则化参数的筛选.
不同点:
1. 岭回归的回归系数均不为0, Lasso回归部分回归系数为0.
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