机器学习笔记002 | 怎么预测和以及怎么准确预测

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对于监督学习，根据目标是否连续，分为回归（regression）问题和分类（classfication）问题。

如果我们想要预测的目标是连续的结果，那么学习的问题就是回归问题；如果我们想要预测的目标是少数不连续的结果，那么学习的问题就是分类问题。

这里首先说说回归问题。

给出一系列的数据，来预测房子的价格，就是要解决回归问题。

房价图片

我们根据一系列房价的数据，然后得到回归曲线，就是上图中的蓝线。

然后再根据回归曲线，来预测房子的价格。例如这里，预测房子的价格大概在333.33百万左右：

100平米房子价格预测

那么怎样才能得到这样一个回归曲线呢？

对于房子的面积和价格之间的关系，我们可以列一个表格：

房产面积与房价之间的关系

x_i代表着房子的面积，看做输入变量，y_i代表着房子的价格，看做输出结果。

( x_i , y_i )就是一组训练数据，例如这里，( x₁ , y₁ ) 就是( 80 , 200 ) 。

m是训练数据的数量，这里一共是16行，也就是16组训练数据。

那么( x_i , y_i ) ; i = 1 , … , m 就是训练数据集。

机器学习，就是根据这样的训练数据集，学习并得到预测方法h(x)，然后用h(x)来对目标进行预测。

整个过程如下：

机器学习的过程

对于上面的房价预测模型，回归方程可能如下：

h_θ(x) = θ₀ + θ₁x

其中θ₀和θ₁是其中的参数。

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对于预测的结果，存在一个准确性的问题。

怎么才能让预测的结果尽可能准确呢？

还是用上面预测房子为例，如果根据每一个房子的面积预测得到的价格 h(x_i) ，和房子的真实价格y_i的差异最小，那这样的预测模型不是相对准确么。

放在回归方程里面，就是每一个h(x_i)和y_i之间的差异( h(x_i) - y_i )加起来最小。

为了让这个值尽可能小，这里使用预测结果和真实结果之间的差的平方：( h(x_i) - y_i )²，其中h_θ(x_i) = θ₀ + θ₁x_i。

然后，我们把每一个预测结果和真实结果之间差的平方加起来，就得到了这样的一个公式：

差的平方之和

然后将这个等式除以m（样本数量，就是上面16组数据中的16），得到平均结果：

等式中还多除以了2，是为了方便以后计算，起到抵消作用。

J( θ₀ , θ₁ )就是这里的代价函数（Cost Function），又被称为平方误差函数。

对于大部分线性回归问题来说，平方误差函数是比较常用的代价函数。

我们说代价函数J( θ₀ , θ₁ ) 结果的越小，那么回归模型h_θ(x)的预测就越准确。

我们举个栗子，为了方便计算，这里将θ₀ 设置为0，那么预测函数就是：h(x_i) = θ₁x_i

例如你看下图：

θ1在不同取值下的结果

这是θ₁在不同取值1、0.5、0下得到的结果，其中绿线就是预测误差。

我们很直观地就可以看到，θ₁ = 1 的时候，误差最小，而θ₁ = 0 的时候，误差最大。

我们在代价函数对应的结果：

代价函数曲线

同样在 θ₁ = 1 的时候，函数的值是最小的。

那么怎么找到θ₀和θ₁这样的参数，使得J( θ₁ , θ₂ ) 的结果最小，使得回归函数尽可能准确呢？

那是算法需要做的事情了。

文章转载自公众号：止一之路