Logistic回归

假设函数

对于分类问题,如果使用线性回归预测,当样本分布比较复杂时,无法做到准确的分类

例如:

在没有异常值的情况下,此时只要将阈值设置成0.5就可以很好地分类  
当存在异常值时,阈值设置成0.5显然不合适

通常我们可以用Logistic回归解决分类问题

特点:算法的输出(预测值)一直介于0到1之间

0≤h_θ (x)≤1

Logistic函数(也称作Sigmoid函数)

g(z)=\frac{1}{1+e^{-z}}

函数图像

z=θ^T xh_θ (x)= g(θ^T x),则满足0≤h_θ (x)≤1,有假设函数:

h_θ(x)=\frac{1}{1+e^{-θ^T x}}

h_θ (x)的输出表示对于一个输入x,y=1的概率估计

p(y=0|x;θ)=1−p(y=1|x;θ)


决策界限

从函数图像看,当z≥0时,g(z)≥0.5,即θ^T x≥0时,h_θ (x)≥0.5,此时预测y=1,同理,当θ^T x<0时,预测y=0

决策边界就是当参数确定后,θ^T x=0的函数,将y=0y=1的变量区域分离

决策边界是假设函数的一个属性,不是训练集的属性,一旦假设函数的参数经过训练集拟合确定了,决策边界就确定了


代价函数

在线性回归中使用的代价函数Cost((h_θ (x),y))=\frac{1}{2} (h(x)−y)^2,这是单个样本的情况,在线性回归里很好用,但不适合logistic回归,因为logistic回归的假设函数代入到代价函数里是一个非凸函数,如果用梯度下降算法,不能保证会收敛到局部最优,如下左图所示

我们希望得右图这样的凸函数,可以保证梯度下降会收敛到该函数的全局最小值

在Logistic回归中我们使用另一个代价函数,这个式子得自统计学中的极大似然法

Logistic回归的代价函数:

Cost((h_θ(x)),y)=   \begin{cases}  -log(h_θ(x)) &if &y=1 \\\     -log(1-h_θ(x)) &if &y=0      \end{cases}

当y=1时代价函数图像如下,表明当假设函数趋近于1时,即接近y=1时,代价函数趋近于0,如果假设函数趋近0,代价将无穷大

当y=0时代价函数图像如下


简化代价函数与梯度下降

因为Logistic回归中,y取值只有0和1两种,所以可以想办法将这两种情况写成一个式子,即简化代价函数,可以写成:

Cost((h_θ(x)),y)=-ylog(h_θ(x))-(1-y)log(1-h_θ(x))

多样本时的代价函数:

J(\theta)=\frac{1}{m} \sum_{i=1}^m Cost(h_θ(x^{(i)}),y^{(i)})=	\frac{1}{m} \sum_{i=1}^m (-y^{(i)}log(h_θ(x^{(i)}))-(1-y^{(i)})log(1-h_θ(x^{(i)})))

应用梯度下降算法求参数θ,同线性回归一样

repeat until convergence{

\theta_j := \theta_j - \alpha {\frac{∂}{∂\theta_j}} J(θ)

}

{\frac{∂}{∂\theta_j}} J(θ) = \frac{1}{m} \sum_{i=1}^m (h{(x^{(i)})}-y^{(i)})·(x_j^{(i)})

看起来同线性回归的偏导结果一样,但是h_θ (x^{(i)} )不同

线性回归中的特征缩放在Logstic回归的梯度下降中同样适用,它可以让梯度下降更快


多元分类:一对多

思想:假设有下面三个类别需要分类,我们可以将这个训练集转化为三个独立的二元分类问题,这样可以拟合出三个分类器,当我们输入x时,取三个分类器中概率最高的i的类别

一对多
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