逻辑斯谛回归 – 不那么生硬的划分红豆和绿豆

本文已收录于 机器学习笔记 系列,共计 20 篇,本篇是第 4 篇

逻辑斯蒂回归模型

一个思考:回想感知机模型,划分出来的一条线非常“生硬”的把两类点划分开,但是真的可以说距离超平面左侧0.001的距离和距离超平面右侧0.001距离的两个点有着天壤之别的区分吗?

提出问题:我们想找到一个在区间上连续可微的函数,使得不像原来的感知机那样“生硬”。

  1. 解决极小距离带来的天壤之别问题?
  2. 如何让最终的预测式子连续可微?

——使用逻辑斯蒂回归

逻辑斯谛回归定义

$P(Y=1|x) = \frac{e^{w^{T} x} }{1+e^{w^{T} x} } = A$
$P(Y=0|x) = \frac{1}{1+e^{w^{T} x} } = B$

A+B=1,若A>B,则输出1。

好处:

  1. 整个函数连续可微。
  2. 因为存在A+B=1的关系,所以可以输出概率。

 

学习策略&算法

参数估计

使用极大似然估计估计模型参数w和b,从而得到逻辑斯谛回归模型。

设:$P(Y=1|x) = \pi (x), P(Y=0|x) = 1-\pi (x)$

似然函数为:$\prod_{i=1}^{N} {[\pi (x_{i} )]} ^{y_{i}}[1-\pi(x_{i})]^{1-y_{i}}$

对数似然函数为:
$L(w)=\sum_{i=1}^{N}log( [\pi (x_{i})]^{y_{i}}[1-\pi (x_{i})]^{1-y{i}})$
= $\sum_{i=1}^{N}(log [\pi (x_{i})]^{y_{i}}+log[1-\pi (x_{i})]^{1-y{i}})$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}log [\pi (x_{i})]+(1-y_{i})log[1-\pi (x_{i})])$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}log [\pi (x_{i})]+log([1-\pi (x_{i})])-y_{i}log([1-\pi (x_{i})]))$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}log \frac{\pi (x_{i})}{1-\pi (x_{i})} +log([1-\pi (x_{i})]))$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}log \frac{P(Y=1|x)}{P(Y=0|x)} +log(P(Y=0|x)))$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}log e^{w^{T}x } +log\frac{1}{1+e^{w^T}x} )$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}{w^{T}x } +log{(1+e^{w^T}x})^{-1}$
= $\sum_{i=1}^{N}(y_{i}{w^{T}x } -log{(1+e^{w^T}x}))$

Ps:在机器学习中,没有特殊说明一般log的底数都是e,即ln。

损失函数得到w的估计值

对L(w)求极大值,得到w的估计值。现在问题转变未对上面的对数似然函数求最优化问题,最优化方法有很多种,在逻辑斯蒂回归中我们采用的方法一般是梯度下降法拟牛顿法

全批量梯度上升算法

接下来使用梯度上升算法。首先对似然函数L(w)求w的偏导:

$=\sum_{i=1}^{N}x_{i}(y_{i}-\frac{e^{(w^Tx)}}{1+e^{(w^Tx)}}) $

$=\sum_{i=1}^{N}x_{i}(y_{i}-{\pi (x_{i})}) $

全批量梯度上升法的迭代公式:

$w := w + \alpha \sum_{i=1}^{N}x_{i}(y_{i}-\pi (x_{i}))$

全批量梯度上升法公式:

上图算出的$\theta $是一个向量。还有一种随机梯度上升法,接下来我们比较下全批量梯度上升法和随机梯度上升的区别和各个优势。

改机:随机梯度上升法

下图是随机梯度上升法的公式,算出的$\theta $是一个值。

 

参考文献:

https://www.bilibili.com/video/BV1i4411G7Xv?p=6

作者: 高志远

高志远,23岁,男生,毕业于上海杉达学院电子商务系。

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