机器学习系列 - 7.逻辑回归

1.什么是逻辑回归:

1.1 线性回归的3个假设:

a.因变量y_{i} 和自变量x_{i} 之间呈线性相关。

b.自变量x_{i} 与干扰项\varepsilon _{i} 相互独立。

c.没被线性模型捕捉到的随机因素\varepsilon _{i} 服从正态分布。

1.2 用逻辑回归解决分类问题:

其原理是将样本的特征样本发生的概率联系起来,即,预测的是样本发生的概率是多少。由于概率是一个数,因此被叫做“逻辑回归”。在回归问题上再多做一步,就可以作为分类算法来使用了。逻辑回归只能解决二分类问题,如果是多分类问题,LR本身是不支持的。

1.3 sigmoid 函数:


sigmoid 函数

sigmoid函数,是在数据科学领域,特别是神经网络和深度学习领域中非常重要的函数!它的图形呈S型,因此也被称为S函数。使用sigmoid去近似,最终得到逻辑回归模型:

逻辑回归模型

2. 逻辑回归的损失函数:

2.1 为什么要使用sigmoid函数做为假设?

因为线性回归模型的预测值为实数,而样本的类标记为(0,1),我们需要将分类任务的真实标记y与线性回归模型的预测值联系起来,也就是找到广义线性模型中的联系函数如果选择单位阶跃函数的话,它是不连续的不可微。而如果选择sigmoid函数,它是连续的,而且能够将z转化为一个接近0或1的值。

2.2 损失函数:

逻辑回归的损失函数当然不是凭空出现的,而是根据逻辑回归本身式子中系数的最大似然估计推导而来的。

最大似然估计就是通过已知结果去反推最大概率导致该结果的参数。极大似然估计是概率论在统计学中的应用,它提供了一种给定观察数据来评估模型参数的方法,即 “模型已定,参数未知”,通过若干次试验,观察其结果,利用实验结果得到某个参数值能够使样本出现的概率为最大,则称为极大似然估计。

逻辑回归是一种监督式学习,是有训练标签的,就是有已知结果的,从这个已知结果入手,去推导能获得最大概率的结果参数,只要我们得出了这个参数,那我们的模型就自然可以很准确的预测未知的数据了。

逻辑回归损失函数

2.3 损失函数梯度:

\Delta J(\theta ) = \frac{1}{m} \cdot x_{b}^T \cdot (\sigma (x_{b} \theta )-y)

3. 决策边界

所谓决策边界就是能够把样本正确分类的一条边界,主要有线性决策边界(linear decision boundaries)和非线性决策边界(non-linear decision boundaries)。

注意:决策边界是假设函数的属性,由参数决定,而不是由数据集的特征决定。

4. 逻辑回归中的正则化

对损失函数增加L1正则或L2正则。可以引入一个新的参数来调节损失函数和正则项的权重,如:J(\theta ) + \alpha L1

如果在损失函数前引入一个超参数,即:C\cdot J(\theta )+L1,如果C越大,优化损失函数时越应该集中火力,将损失函数减小到最小;C非常小时,此时L1和L2的正则项就显得更加重要。其实损失函数前的参数C,作用相当于参数\alpha 前的一个倒数。在逻辑回归中,对模型正则化更喜欢使用C\cdot J(\theta ) + L1这种方式。

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