【从零开始学算法】逻辑回归原理及公式推导

问:如何从假设、损失函数、梯度来推导线性回归和逻辑回归?

线性回归推导

1. 假设(使用最大似然估计解释最小二乘)¶

假设误差是独立同分布的,服从均值为0,方差为
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的高斯分布

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2. 损失函数

高斯分布的概率密度函数

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最大似然函数

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经过上述推导,我们得到最小二乘公式,如何由最小二乘求解θ值?

假定X是m行n列的矩阵,从矩阵入手进行推导。 m个n维样本组成矩阵X,则

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梯度下降算法

实际工作中,由于计算性能的影响,我们不可以直接采用矩阵运算的方式求解θ,这时对于成本函数J,我们要得到全局最小值,就需要用到梯度下降法了。

下面,我们求出成本函数J(θ)的导数,让参数θ不断迭代,使成本函数J沿着负梯度的方向下降,达到全局最小值。

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三种梯度下降算法,包括批量梯度下降(BGD)、随机梯度下降(SGD)、mini-batch SGD。一般我们所说的SGD指的是mini-batch SGD。

1) BGD每更新一个参数会使用所有样本,这样每次参数迭代都会使用所有样本。当样本值m很大时,参数会消耗很多时间,可得到全局最优解。

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2) SGD通过每个样本来迭代一次,若样本量很大时,可能只用部分样本就已将θ迭代至最优了,SGD可能跳出局部最小值。

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3) 工程中,一般使用mini-batch SGD,不是拿到一个样本即更新梯度,也不是拿到所有样本才更新梯度,而是采用若干随机样本的平均梯度作为更新方向。

假设总共1000个样本,每次更新参数取10个样本,则

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Min-batch的中间值如何选择?

  1. 样本值较小,直接选用batch grant descent。

  2. 样本值很大,一般mini-batch size: 64 128 256 512(2的次方电脑运行更快)

LR

1.假设

假设数据服从伯努利分布,通过极大似然函数的方法,运用梯度下降求解参数,来达到将数据二分的目的。

2. 损失函数¶

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3. 梯度下降算法

采用梯度下降算法沿着函数负梯度方向进行迭代。

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不难发现,线性回归和逻辑回归求导后得到的梯度下降式是一样的(除了hθ函数不相同,LR对线性回归用sigmoid函数做了非线性变换),它们都是广义线性模型。

由于LR的三种梯度下降算法与线性回归的相同,这里不再赘述。

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