各机器学习模型的目标函数

目标函数和损失函数的区别

  • 损失函数:模型拟合的越好,损失应该越小;
  • 目标函数:优化的目标,可以是“损失函数”或者“损失函数+正则项”,分为经验风险最小化,结构风险最小化。

1. 感知机

误分类点集M到超平面S的总距离:

所以感知机的损失函数定义为:

2. 线性回归

线性回归的目标函数,一般使用均方误差:

3. K近邻(KNN)

分类决策采用多数表决:

I()为指示函数,括号内成立输出1,否则输出0;

实际是的误分类率最小,等价于经验风险最小化:

4. Logistic回归

目标y=1与x的函数为:

对数似然函数作为损失函数:

最后加入正则项极为目标函数。

5. Softmax

学习的模型变为:


损失函数变为:

目标函数一般为损失函数+正则项;

6. SVM

SVM的目标函数为:

其中第一项称为合页损失函数(hinge loss),下标“+”表示以下取正值的函数,即分类正确切距离超平面有一定距离时损失为0,否则损失为[1-y(wx+b)]。

决策树

  1. 生成过程:(从局部出发)递归地选择最佳特征构建决策树,相当于用 极大似然法 进行概率模型的选择;
  2. 剪枝过程:(从整体出发)相当于极小化决策树的目标函数(损失函数)。
    设树T的叶结点个数为|T|, t是树T的叶结点,该叶结点有Nt个样本点,其中k类的样本点有Ntk
    个,k=1,2,...,K,Ht(T)为叶结点t上的经验嫡,a>=0为参数,则决策树学习的损失函数可以定义为





    C(T)表示模型对训练数据的预测误差,即模型与训练数据的拟合程度,|T|表示模型复杂度,参数a>=0控制两者之间的影响。剪枝,就是当a确定时,选择损失函数最小的模型,即损失函数最小的子树。损失函数正好表示了对模型的复杂度和训练数据的拟合两者的平衡。

GBDT

博客园:梯度提升树(GBDT)原理小结

XGBOOST

陈天奇的slide:https://homes.cs.washington.edu/~tqchen/pdf/BoostedTree.pdf

附录:常见损失函数对比

附录:统计学习方法特点概括 — 李航《统计学习方法》

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