Task 01 逻辑回归——理论学习

1. 逻辑回归的介绍

逻辑回归(Logistic regression,简称LR)虽然其中带有"回归"两个字,但逻辑回归其实是一个分类模型,并且广泛应用于各个领域之中。虽然现在深度学习相对于这些传统方法更为火热,但实则这些传统方法由于其独特的优势依然广泛应用于各个领域中。

而对于逻辑回归而且,最为突出的两点就是其模型简单模型的可解释性强

逻辑回归模型的优劣势:

  • 优点:实现简单,易于理解和实现;计算代价不高,速度很快,存储资源低;
  • 缺点:容易欠拟合,分类精度可能不高

2. 逻辑回归的应用

逻辑回归模型广泛用于各个领域,包括机器学习,大多数医学领域和社会科学。例如,最初由Boyd 等人开发的创伤和损伤严重度评分(TRISS)被广泛用于预测受伤患者的死亡率,使用逻辑回归 基于观察到的患者特征(年龄,性别,体重指数,各种血液检查的结果等)分析预测发生特定疾病(例如糖尿病,冠心病)的风险。逻辑回归模型也用于预测在给定的过程中,系统或产品的故障的可能性。还用于市场营销应用程序,例如预测客户购买产品或中止订购的倾向等。在经济学中它可以用来预测一个人选择进入劳动力市场的可能性,而商业应用则可以用来预测房主拖欠抵押贷款的可能性。条件随机字段是逻辑回归到顺序数据的扩展,用于自然语言处理。

逻辑回归模型现在同样是很多分类算法的基础组件,比如 分类任务中基于GBDT算法+LR逻辑回归实现的信用卡交易反欺诈,CTR(点击通过率)预估等,其好处在于输出值自然地落在0到1之间,并且有概率意义。模型清晰,有对应的概率学理论基础。它拟合出来的参数就代表了每一个特征(feature)对结果的影响。也是一个理解数据的好工具。但同时由于其本质上是一个线性的分类器,所以不能应对较为复杂的数据情况。很多时候我们也会拿逻辑回归模型去做一些任务尝试的基线(基础水平)。

3. 逻辑回归的原理

逻辑回归 原理简介:

Logistic回归虽然名字里带“回归”,但是它实际上是一种分类方法,主要用于两分类问题(即输出只有两种,分别代表两个类别),所以利用了Logistic函数(或称为Sigmoid函数),函数形式为:


Logistic函数

其对应的函数图像可以表示如下:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
x = np.arange(-5,5,0.01)
y = 1/(1+np.exp(-x))

plt.plot(x,y)
plt.xlabel('z')
plt.ylabel('y')
plt.grid()
plt.show()

通过上图我们可以发现 Logistic 函数是单调递增函数,并且在z=0的时候取值为0.5,并且logi(\cdot)函数的取值范围为(0,1)
而回归的基本方程为z=w_0+\sum_i^N w_ix_i

将回归方程写入其中为:
p = p(y=1|x,\theta) = h_\theta(x,\theta)=\frac{1}{1+e^{-(w_0+\sum_i^N w_ix_i)}}

所以, p(y=1|x,\theta) = h_\theta(x,\theta)p(y=0|x,\theta) = 1-h_\theta(x,\theta)

逻辑回归从其原理上来说,逻辑回归其实是实现了一个决策边界:对于函数 y=\frac{1}{1+e^{-z}},当 z=>0时,y=>0.5,分类为1,当 z<0时,y<0.5,分类为0,其对应的y值我们可以视为类别1的概率预测值.

对于模型的训练而言:实质上来说就是利用数据求解出对应的模型的特定的w。从而得到一个针对于当前数据的特征逻辑回归模型。

而对于多分类而言,将多个二分类的逻辑回归组合,即可实现多分类。

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