[机器学习算法]线性回归模型

基本形式

给定包含m条记录的数据集D

D={(x_1,y_1),(x_2,y_2),...,(x_m,y_m)}
线性回归模型试图学习一个线性模型以尽可能地预测因变量y

f(x)=w_1x_1+w_2x_2+...+w_px_p+b

多元线性回归的假设

同大多数算法一样,多元线性回归的准确性也基于它的假设,在符合假设的情况下构建模型才能得到拟合效果较好的表达式和统计性质较优的估计参数。

  • 误差项\epsilon是一个期望值为零的随机变量,即E(\epsilon)=0
  • \epsilon的方差是相同的,即\sigma^2=VAR(\epsilon)
  • \epsilon的值是相互独立的
  • \epsilon是一个服从正态分布的随机变量

参数估计

将线性表达式写为向量形式:

f(x)=w^Tx+b
利用最小二乘法令均方误差最小化:

\hat{w}^*=\min_{\hat{w}}(y-X\hat{w})^T(y-X\hat{w})

\hat{w}^*=(X^TX)^{-1}X^Ty

注:当线性回归模型存在多重共线性问题时,可能会有多组解使得均方误差最小化,常见的解决方法是引入正则化。

线性回归模型的变形

1.对数线性回归

对数线性回归本质上仍然是线性回归模型,只是我们将因变量的对数作为模型新的因变量:

ln y=w^Tx+b

2.广义线性模型

当数据集不适合用传统的多元线性回归方法拟合时,我们可以考虑对因变量做一些合理的变换。最常用的就是对数线性回归,还有很多其他的变换统称为“广义线性模型”generalized linear model

y=g^{-1}(w^Tx+b)
其中g(·)是单调可微函数。

显著性检验

在一元线性回归中,我们可以根据因变量和因变量的图像来检验是否符合线性关系。在多元线性回归中无法用图形帮助判断E(Y)是否随X_1,X_2,...,X_p作线性变化,因此显著性检验就显得尤为重要。检验包括单个/多个回归系数的显著性检验和回归方程的整体显著性检验。

1.回归系数的显著性检验

对于任意一个参数\beta_i,构造原假设与备择假设:
H_0:\beta_i=0;H_1:\beta_i\neq 0
H_0成立时,我们构造t统计量:
T_j=\frac{\hat\beta_j}{\hat\sigma \sqrt{c_{jj}}} \sim t(n-p-1)
其中c_{jj}C(X^TX)^{-1}的对角线上第j个元素。给定显著性水平\alpha,检验的拒绝域为:
|T_j|\geq t_{\alpha/2}(n-p-1)

2.回归方程的显著性检验

构造原假设:
H_0:\beta_0=\beta_1=...=\beta_p=0
备择假设即\beta_i不全为零,当原假设成立时,构造F统计量:
F=\frac{MSR}{MSE}=\frac{SSR/p}{SSE/(n-p-1)}\sim F(p,n-p-1)
其中SSR=\sum_{i=1}^{n}(\hat y_i - \bar y)^2,SSE=\sum_{i=1}^{n}(y_i-\hat y_i)^2,通常我们将前者称为回归平方和,后者称为残差平方和。给定显著性水平\alpha,检验的拒绝域为:
F > F_{\alpha}(p,n-p-1)

我们常使用R^2=\frac{SSR}{SST}来衡量回归直线对观测值的拟合程度,SST=\sum_{i=1}^{n}(y_i-\bar y)^2表示总体利差平方和,这个思想和回归方程的整体显著性检验殊途同归。

参数区间估计

\beta的统计性质可知:
T_i=\frac{\beta_i - \beta}{sd(\hat \beta_i)} \sim t(n-p-1)
因此\beta_i的区间估计可写为:
\Big[ \hat \beta_i - sd(\hat \beta_i)t_{\alpha /2(n-p-1)}, \hat \beta_i + sd(\hat \beta_i)t_{\alpha /2(n-p-1)} \Big]

Reference

[1] 统计建模与R软件
[2] 商务与经济统计

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 220,809评论 6 513
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 94,189评论 3 395
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 167,290评论 0 359
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 59,399评论 1 294
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,425评论 6 397
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 52,116评论 1 308
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,710评论 3 420
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,629评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 46,155评论 1 319
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,261评论 3 339
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,399评论 1 352
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 36,068评论 5 347
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,758评论 3 332
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,252评论 0 23
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,381评论 1 271
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,747评论 3 375
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,402评论 2 358

推荐阅读更多精彩内容