L1范数与L2范数​

​ L1范数与L2范数在机器学习中,是常用的两个正则项,都可以防止过拟合的现象。L1范数的正则项优化参数具有稀疏特性,可用于特征选择;L2范数正则项优化的参数较小,具有较好的抗干扰能力

1. 防止过拟合

​ L2正则项优化目标函数时,一般倾向于构造构造较小参数,一般认为,参数值较小的模型相对简单,能适应不同的数据集,在一定程度上避免过拟合的现象,参数较小,数据偏移带来的影响也会较小,从而说L2正则项具有较好的抗干扰能力,从而实现防止过拟合的现象。

​ L1正则项也可以防止过拟合现象,主要是利用了L1正则项优化参数的稀疏特性。一个简单的模型,配置参数越少,复杂度越小,而稀疏化的参数,模型的的很多参数都变为0,达到减少参数的目的,从而实现防止过拟合的现象。

例子1:

​ 假设有数据点10个数据点,分别为:(0, -2), (10, 18), (20, 15), (30, 35), (40, 42), (50, 50), (60, 66), (70, 76), (80, 77), (90, 85),如图1(见代码1)。

图1 样例数据点

​ 假设该模型为线性模型,即 \(y=ax+b\) 。通过均方误差(MSE)的方式,求解参数\(a\)和\(b\)的值,设上面的10个点分别表示为 \((x_1,y_1),...,(x_{10},y_{10})\) ,目标函数表示为:

\[\begin{align}
L &= \sum\limits_{i = 1}^{10} {{{\left( {{y_i} - \left( {a{x_i} + b} \right)} \right)}^2}}
\nonumber\\
&= \left( {Y - AX} \right){\left( {Y - AX} \right)^T}
\end{align}
\]

其中,\(Y = \left( {{y_1},...,{y_N}} \right) \in {R^{1 \times N}}​\),\(A = \left( {a,b} \right) \in {R^{1 \times 2}}​\),\(X = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{{x_1}}& \cdots &{{x_N}}\\
1& \cdots &1
\end{array}} \right) \in {R^{1 \times N}}​\)。

求解:

\[\frac{{\partial L}}{{\partial A}} = 2\left( {Y{X^T} - AX{X^T}} \right) = 0
\\ A = Y{X^T}{\left( {X{X^T}} \right)^{ - 1}}
\\ A = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{0.971}&{{\rm{2}}{\rm{.509}}}
\end{array}} \right)
\]

(结果见代码1)。

添加L2正则项,

\[L = \left( {Y - AX} \right){\left( {Y - AX} \right)^T} + {\left\| A \right\|^2}
\]

求解得到

\[A = Y{X^T}{\left( {I + X{X^T}} \right)^{ - 1}}
\\ A = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}
{{\rm{0}}{\rm{.985}}}&{{\rm{1}}{\rm{.623}}}
\end{array}} \right)
\]

(结果见代码2)。

# 代码1
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from numpy.linalg import inv
if __name__ == '__main__':
x = np.arange(0, 100, 10)
np.random.seed(2019)
y = x + np.random.randint(-10, 11, 10)
data = list(zip(x, y))
print(data)
# [(0, -2), (10, 18), (20, 15), (30, 35), (40, 42), (50, 50), (60, 66),
# (70, 76), (80, 77), (90, 85)]
plt.plot(x, y, '-*')
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.show()
X = np.vstack((np.array(x), np.ones(len(x))))
Y = np.array(y)
A = Y.dot(X.T).dot(inv(X.dot(X.T)))
print(A) # [0.97090909 2.50909091]

2. L1正则化的稀疏解释

首先阐述一下为什么需要稀疏。

假设有样本\(x \in R^m\), \(X=(x_1,...,x_N)\)是\(N\)个样本,\(x_i\)是列向量,这\(N\)个样本的类别表示为\(Y=(y_1,...,y_N)\),假设\(m>N\),现有一个线性模型\(Y=\theta X\), \(\theta \in R^m\), 由于\(m>N\),所以$ \theta $ 有无数个解,\(x_i\) 是 \(m\) 维的列向量,可能并不是所有的属性对构建模型都是有效的,此时需要筛选出一些有用的属。这里对于无用的属性,可以使用 $ \theta $ 筛选,在指定位置置零即可,除掉 \(X\) 中无用的属性,此时可能有 \(m_{new} < N\) 该线性模型可能得到唯一解。但是,如何寻找稀疏的 $ \theta $ 呢?

参考:https://vimsky.com/article/3852.html

L1范数与L2范数​的更多相关文章

  1. L1范数与L2范数正则化

    2018-1-26 虽然我们不断追求更好的模型泛化力,但是因为未知数据无法预测,所以又期望模型可以充分利用训练数据,避免欠拟合.这就要求在增加模型复杂度.提高在可观测数据上的性能表现得同时,又需要兼顾 ...

  2. L1范数和L2范数

    给定向量x=(x1,x2,...xn)L1范数:向量各个元素绝对值之和L2范数:向量各个元素的平方求和然后求平方根Lp范数:向量各个元素绝对值的p次方求和然后求1/p次方L∞范数:向量各个元素求绝对值 ...

  3. 正则化的L1范数和L2范数

    范数介绍:https://www.zhihu.com/question/20473040?utm_campaign=rss&utm_medium=rss&utm_source=rss& ...

  4. Lp距离, L1范数, 和L2范数(转载)

    范式可以理解成距离 转载自: https://blog.csdn.net/hanhuili/article/details/52079590 内容如下: 由此可见,L2其实就是欧式距离.工程上,往往不 ...

  5. paper 126:[转载] 机器学习中的范数规则化之(一)L0、L1与L2范数

    机器学习中的范数规则化之(一)L0.L1与L2范数 zouxy09@qq.com http://blog.csdn.net/zouxy09 今天我们聊聊机器学习中出现的非常频繁的问题:过拟合与规则化. ...

  6. 机器学习中的范数规则化之(一)L0、L1与L2范数(转)

    http://blog.csdn.net/zouxy09/article/details/24971995 机器学习中的范数规则化之(一)L0.L1与L2范数 zouxy09@qq.com http: ...

  7. L0/L1/L2范数的联系与区别

    L0/L1/L2范数的联系与区别 标签(空格分隔): 机器学习 最近快被各大公司的笔试题淹没了,其中有一道题是从贝叶斯先验,优化等各个方面比较L0.L1.L2范数的联系与区别. L0范数 L0范数表示 ...

  8. L0、L1与L2范数、核范数(转)

    L0.L1与L2范数.核范数 今天我们聊聊机器学习中出现的非常频繁的问题:过拟合与规则化.我们先简单的来理解下常用的L0.L1.L2和核范数规则化.最后聊下规则化项参数的选择问题.这里因为篇幅比较庞大 ...

  9. 机器学习中的范数规则化之(一)L0、L1与L2范数 非常好,必看

    机器学习中的范数规则化之(一)L0.L1与L2范数 zouxy09@qq.com http://blog.csdn.net/zouxy09 今天我们聊聊机器学习中出现的非常频繁的问题:过拟合与规则化. ...

随机推荐

  1. 读高性能MySql笔记

    1.1 MySQL逻辑架构 MySql服务器逻辑架构图 1.连接管理与安全性 每个客户端连接都会在服务器进程中拥有一个线程,这个连接的查询只会在这个单独的线程中执行,该线程只能轮流在某个CPU核心或者 ...

  2. Nginx 安装后 相关错误解决

    1,安装 https://blog.csdn.net/wxyjuly/article/details/79443432 nobody 改为了 www /configure --user=www --g ...

  3. com.mysql.jdbc.connection和java.sql.connection的区别

    com.mysql.jdbc.Connection 是mysql自己的接口 针对于对mysql的出来,java.sql.Connection 这是一个公共的接口包括对mysql的支持oracle,sq ...

  4. MFC DDX_Control 与 DDX_Text

    DDX_TEXT()的作用可以理解为把字符串变量和控件的文本(WindowText)关联起来, DDX_Control()的作用可以理解为把变量和控件本身关联起来, DoDataExchange(pD ...

  5. 18. C# 转换

    1.重载转换运算符 到目前为止,我们使用的类型转换,包括隐式类型转换和显示类型转换都是在两个相关的类中进行的,这几个类要么是简单类型之间的转换,比如int 隐式转换成double,要么是有继承关系,或 ...

  6. 解决SQL Server 2008无法连接127.0.0.1的问题

    电脑操作系统是Win10中文版,新装的英文版SQL Server 2008,纯默认安装,没有做任何改动. 装完SQL Server 2008之后,发现只能用默认的机器名来登录: 如果用127.0.0. ...

  7. UGUI背包系统

    在Unity3d中,UGUI提供了Scroll Rect.Grid Layout Group.Mask这三个组件,下面就给大家介绍下如何用这个三个组件来实现滚动视图. 首先放置好背包的背景图 在矩形线 ...

  8. HTML学记笔记

    <!DOCTYPE html><html lang="zh-CN"><head> <meta charset="UTF-8&qu ...

  9. Git 教程(三):仓库与分支

    远程仓库 到目前为止,我们已经掌握了如何在Git仓库里对一个文件进行时光穿梭,你再也不用担心文件备份或者丢失的问题了. 可是有用过集中式版本控制系统SVN的童鞋会站出来说,这些功能在SVN里早就有了, ...

  10. windows 共享文件