从线性回归到逻辑回归

线性回归

线性回归之所以称为线性回归,是由于其目标是拟合一条直线来对样例进行分类。
线性回归试图学到wb,预测值为y_i
y_i = \mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b
线性回归一般通过最小二乘法找到参数,得到需要的“直线”。

逻辑回归

线性模型拟合的是直线,如果我们想要拟合其他形状的线呢?例如下图的曲线呢?下图的曲线是直线的衍生物,可以通过直线变化而来,也就是:
\frac{1} {1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}}

image.png

现在我们得到的

y_{i} = \left\{\begin{matrix} 1, \mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b > 0\\ 0.5, \mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b = 0\\ 0, \mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b < 0\\ \end{matrix}\right.

我们定义y_{i}=1为正例,y_{i}=0为负例(二分类情况)。现在我们采用最大似然估计来找到参数wb
最大似然估计的思想是“令每个样本属于其真实标记的概率越大越好”,因此,我们的loss function定义如下:

l(\mathbf{w}) = P(y_{i}|x_{i},\mathbf{w},b)

= \prod_{i=1}^{n}P(y_{i}|x_{i},\mathbf{w},b)^{y_{i}}P(y_{i}|x_{i},\mathbf{w},b)^{1-y_{i}}

= \sum_{i=1}^{n}log(P(y_{i}|x_{i},\mathbf{w},b)^{y_{i}}P(y_{i}|x_{i},\mathbf{w},b)^{1-y_{i}})

= \sum_{i=1}^{n}y_{i}log\frac{1}{1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}}+(1-y_{i})log(1- \frac{1}{1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}})

最终的loss function为:

l(\mathbf{w}) = argmin_{\mathbf({w},b)} - \sum_{i=1}^{n}y_{i}log\frac{1}{1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}}+(1-y_{i})log(1- \frac{1}{1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}})

= \sum_{i=1}^{n}(1-y_{i})\mathbf{w^{\top }}\cdot \mathbf{x}_{i}+log(1+e^{-\mathbf{w^{\top }}\cdot \mathbf{x}_{i}})

w求一阶导为:

\frac{\partial l(w)}{\partial w} = \sum_{i=1}^{n}\mathbf{x}_{i}[\frac{1}{1+e^{-\mathbf{w}^{\top }\cdot\mathbf{x}_{i}+b}}-y_{i}]

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