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从Lasso开始说起

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Lasso是Least Absolute Shrinkage and Selection Operator的简称,是一种采用了L1正则化(L1-regularization)的线性回归方法,采用了L1正则会使得部分学习到的特征权值为0,从而达到稀疏化和特征选择的目的。

本文从最基本的Lasso开始介绍,包括数学形式以及几何意义等,然后介绍其经典的几种解法,以及一些相关的问题,最后介绍Lasso的不足和改进之处,以及Lasso的应用等等。主要会包括以下几个方面:

  1. Lasso & Ridge Regression(岭回归)
  2. 正则化几何意义和贝叶斯解释
  3. Forward Selection & Forward Stagewise & Least Squares Boosting
  4. Least Angle Regression(LARS,最小角回归)
  5. Lasso三种求解方法:闭式解、LARS、CD
  6. ElasticNet解决Lasso存在的问题 & LARS-EN

1 Lasso & Ridge Regression(岭回归)

在考虑一般的线性回归问题,给定n个数据样本点 ,其中每个 是一个d维的向量,即每个观测到的数据点是由d个变量的值组成的,每个 是一个实值。现在要做的是根据观察到的数据点,寻找到一个映射 ,使得误差平方和最小,优化目标为:

其中, 是需要优化的系数。一般来说 可以看作是一个偏置(bias),现在我们先来看看偏置项如何处理,假设现在固定住 的值,那么利用一阶导数求最优 。接下来对上面的损失关于 求导得到:


将得到的结果代入原优化目标得到:

从上面式子可以看出,假如我们事先对数据进行标准化(中心化),即每个样本数据减去均值,从而得到零均值的数据样本,此时做线性回归就可以不使用偏置。下面为了方便介绍,我们假定给定的n个数据样本点 是零均值的,即 ,那么线性回归的优化目标就可以记为:


上面也可以表示为矩阵形式,记 ,这里把每个数据点 当作列向量,那么 ,记 ,那么矩阵形式的优化目标为:

上面介绍了基本的线性回归问题,由于有d个变量,所以称之为Multiple Linear Regression,这里不要和Multivariate Linear Regression混淆了,后者指的是同时拟合多个输出值,而不是单个输出,即 不再是一个实数值,而是一个向量。

一般来说,回归问题是一个函数拟合的过程,那么我们希望模型不要太复杂,否则很容易发生过拟合现象,所以我们要加入正则化项,而不同的正则化项就产生了不同的回归方法,其中以Ridge Regression (岭回归)和Lasso最为经典,前者是加入了L2正则化项,后者加入的是L1正则化项。下面分别给出其优化目标 。

Ridge Regression的优化目标为:

Lasso的优化目标为:


2 正则化几何意义和贝叶斯解释

既然上文谈到了正则化项,那么下面来解释一下L2与L1两种正则化的区别。首先,L2正则化是在优化目标中加入了参数的L2-norm(范数)项,即 ;而L1正则化项则是加入了L1-norm项,即 。这两者有什么区别呢?

首先,我们来说明一下Ridge Regression的等价优化问题,这里是将L2正则化项从目标函数中移除,转而变为约束条件,将 限制在一个半径为t的超球里面:

为了说明Constrained form和Penalty form的等价性,我们用Lagrangian乘子,将上面带有约束的问题转化为无约束问题,即为:

因为我们要求解的问题是线性回归,是凸优化问题,所以给定 之后,可以看出 就是带有L2正则化项的Ridge Regression,至于后面的常数项 和 没有关系,所以有无皆可。由于是凸优化问题,由强对偶性可以得到两者等价。

同样地,对于Lasso的带约束形式的优化问题为:


所以,下面就可以放出一张非常经典的图了,在d = 2 的情况下解释了L2正则化与L1正则化的不同之处,见Figure 1(图片来自网络),图中左边解释的是L1正则化的几何意义,右边是L2正则化。图中椭圆形的彩色线是优化目标关于参数 的等高线,假设没有约束条件,那么最小值是椭圆的中心点,但是由于加入了正则化项,相当于是对参数 施加了约束,其中左边L1正则化将参数限制在一个菱形中,而L2正则化则将参数限制在一个圆形区域中。那么从图中可以看出,L1正则化施加的约束会使得最优值在菱形顶点处取得,即 ;而右边L2正则化项则没有这种倾向。

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第2张图片 lasso,lars算法详细推导过程-数学_第3张图片 Figure 1 : L1与L2正则化的几何意义

上面的图从几何意义上解释了L1与L2正则化的区别,同时这也解释了L1与L2最大的不同:L1可以带来稀疏的结果,即L1会使得部分参数为零。这样的好处是什么呢?一方面,可以用来选择特征,一方面可以用来降维压缩数据等等。

那么,介绍到这里,L1正则化总是和稀疏挂钩,那么L2正则化呢,L2正则化做了什么事情?其实,和L2正则化挂钩的则是Weight Decay(权值衰减)。下面来简单说一下,考虑一般的优化问题:


利用梯度下降来求解问题,得到:

所以可以看到,第t+1步的参数在第t步的参数前乘以了 ,所以会使得权重趋向于零,即Weight Decay的过程。

上面对比了L1正则化和L2正则化的区别,同样地,这也是Ridge Regression和Lasso的区别。正则化可以降低模型复杂度,减少模型过拟合的风险,在回归问题中的解释是:当特征之间存在高度相关关系的时候,假设有两个特征高度负相关,那么不带正则化的回归问题可能会赋予二者近似相等的很大权重,这样加权起来的结果仍然较小,但是由于权重很大,就导致了过拟合问题。Ridge Regression会倾向于在相关特征之间均匀分布权重,Lasso则倾向于从相关特征中选取出一个,其余特征权值衰减为零。另外,正则化的目的也可以理解为使模型权重之间的方差较小,从Figure 1中可以看出。

当然,正则化也可以通过贝叶斯角度来进行解释,下面还是以回归问题为例,采用贝叶斯角度进行解释。在贝叶斯学派中,任何事物都是有概率的,任何随机变量包括参数都要假设服从一定的分布,比如对于回归问题,我们假设给定参数 以及自变量 后,观察到的值 服从高斯分布 ,并且我们假定参数 也会服从一个分布 ,即先验prior,那么我们要求的回归问题就变成了最大化后验概率(MAP),利用贝叶斯公式有:


根据 服从高斯分布 ,所以 ,那么可以看出现在已经得到了线性回归问题的目标损失部分,这是利用高斯分布来进行解决回归问题得到的,当然反过来也可以说线性回归的本质是高斯模型。

那下面就是先验部分 ,假设参数 也服从高斯分布,那么就可以得到Ridge Regression,假设服从拉普拉斯分布,那么将得到Lasso。这个可以很容易从高斯分布和拉普拉斯分布的表达式中看出,下面将L2和L1正则化对应的参数 的分布表示出来,在L2中参数 服从均值为0的高斯分布,在L1中服从均值为0的拉普拉斯分布。


需要注意的一点是,上面给出的是单个参数的分布,而不是向量参数 的分布,这可以通过独立性来简单说明一下: ,从而有 。

所以,可以看出L1正则化和L2正则化与贝叶斯先验prior概率分布的关系,从而也就明白了怎么用贝叶斯概率角度来解释Ridge Regression和Lasso了。


3 Forward Selection & Forward Stagewise & Least Squares Boosting

下面就要来说一说更为有趣的事情了。前面两小节简单介绍了一下和Lasso相关的基本数学公式和几种解释,除此之外,在看论文或相关资料时,也会看到经常和Lasso共同出现的一些名词,很有意思,下面两节将分别介绍这几个有趣的概念,这一节会介绍三个名词,分别是:Forward Selection,Forward Stagewise和Least Squares Boosting。

3.1 Forward Selection

Forward Selection(前向选择)是一种变量选择的方法,即特征选择。在线性回归问题中,为了方便表述,我们记数据矩阵 的另外一种形式为 ,不难看出,前者是n个样本点的表示,后者是d个维度的表示,每个维度 代表了矩阵的第j列,目标值还是用 来表示。Forward Selection的步骤大致如下:

  • Step 1 : 从d个特征中选择和目标值最为相关的一维,采用内积计算相关性,假设是第k个特征,即 ,然后利用这个特征进行求解回归问题,这里注意只使用了第k个特征,即单变量线性回归问题,优化问题为 ,很容易可以求解得到 。
  • Step 2 : 得到第k维特征的权值 后,计算残差 ,那么问题就变为了在 上对 进行线性回归。

从上面过程可以看出Forward Selection是一个非常greedy的算法,找到一个最合适的特征,然后就试图让这个特征尽可能地拟合出目标值来,拟合不出来的部分当作残差交给后续的特征继续拟合。

我写了个简单的Forward Selection来做线性回归问题,发现往往来说第一个选择的特征的权值会特别高,后面的特征的权值基本就会非常小,会趋向于零。虽然也起到了类似“稀疏化”的作用(并没有严格约束后面的权值为0),但不是我们想要的,因为这个算法太贪婪了。之所以会产生这样的结果,是因为Forward Selection本质上就是用来做特征选择的,一般特征选择的指标可以有很多,比如相关性、相似度、信息增益(分类问题)等等。

3.2 Forward Stagewise

Forward Stagewise则是一种小心翼翼的做法,stage是“级,阶”的意思,正说明了它是一种一小步一小步往前进行试探的过程,其算法流程如下:

  • Step 1 : 初始 。
  • Step 2 : 选择和 最为相关的一个特征k,即 。
  • Step 3 : 更新 。
  • Step 4 : 更新残差 。
  • Step 5 : 重复上述过程一定轮数。

可以看出,本质上Forward Stagewise和Forward Selection很像,二者都是贪心地选择最相关的feature,然后更新权重和残差。唯一的不同是,Forward Selection在更新第k个特征的权重时一步到位,非常贪婪,并且后面不会再用到第k个特征;Forward Stagewise则是每次更新一小步,通过 来控制学习的速率,并且特征可以反复使用。

一般来说,对于很小的步长,使用Forward Stagewise也可以产生类似Lasso的稀疏的效果,见Figure 2,所以有时可以利用Forward Stagewise的结果来当作Lasso的结果,但是有两个问题:第一,步长很难确定;第二,需要迭代的次数很难确定。

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第4张图片 lasso,lars算法详细推导过程-数学_第5张图片 Figure 2 : Lasso和Forward Stagewise的系数

3.3 Least Squares Boosting

看到Boosting,应该就知道这大概指的是什么了。实际上,Forward Selection和Forward Stagewise都可以看作是Boosting的过程:先学习一个弱的模型,然后把没有学习到的部分,即残差,交给后面的模型去学习,最后根据弱模型的权重加权得到最终的模型。

由于Boosting经常借助树来实现,在回归问题中则借用CART树来实现,那么Least Squares Boosting的算法为:

  • Step 1 : 设置 。
  • Step 2 : 在 上,根据数据样本 和算法CART树得到一个弱模型,记作 。
  • Step 3 : 更新 , 。
  • Step 4 : 重复上述步骤固定轮数。

上面就是Least Squares Boosting的算法流程。

可以总结一下,上面的三个方法都是求解回归问题的算法,非常简单也很容易理解,但是对于求解Lasso,还有一个重磅型算法要介绍,那就是和Forward Selection, Forward Stagewise息息相关的LARS,下面一节将介绍何为LARS。


4 Least Angle Regression(LARS,最小角回归)

LARS,全称为Least Angle Regression,中文翻译为最小角回归,值得注意的是这里为什么多了一个“S”呢?论文中是说这个“S”暗示了Least Angle Regression与Lasso,Stagewise的关系,因为后面两个都有“S”。

下面,先直接给出LARS的步骤:

  • Step 1 : 初始 , ,ActiveSet = {}。
  • Step 2 : 选择和 最为相关的一个特征k,即 ,将k加入ActiveSet。
  • Step 3 : 沿着 方向更新 ,即 ,这里选取 的标准是满足开始有另外一个特征s与残差 的相关性等于了特征k和残差的相关性,将s加入ActiveSet。
  • Step 4 : 对于当前特征k和s,沿着 与 的角平分线 进行移动,即 , , 的选择标准是满足开始有另外一个特征t与残差 的相关性等于特征k,s与残差的相关性,将t加入ActiveSet。
  • Step 5 : 每次选择ActiveSet里面特征的角平分线进行更新,更新的步长的标准是满足开始有下一个特征与残差的相关性等于ActiveSet里面特征与残差的相关性。
  • Step 6 : 直到选择了所有特征后,或者当任意一个特征与残差的相关性都为零时结束。

上述过程是自己根据参考资料总结的,下面附上LARS算法过程的截图,希望读者能更容易理解这个过程:

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第6张图片 lasso,lars算法详细推导过程-数学_第7张图片 Figure 3 : LARS算法描述

可以看出同Forward Selection与Forward Stagewise一样,LARS的每一步也是选择最相关的特征,然后更新参数和残差,迭代求解。三者的区别是什么呢,可以通过Figure 4看出,图片来源于经典的LARS几何意义解释(由于原图中的变量名称和本文采用的不同,所以笔者重新画了一个过程,并且将三者分别来画进行对比)。

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第8张图片 lasso,lars算法详细推导过程-数学_第9张图片 Figure 4 : Forward Selection, Forward Stagewise, LARS

在上面的图示中,我们引入了新的符号 表示累计更新得到的预测目标的和, ,下面会针对性地说明。首先,Figure 3描述了d=2时的情形,此时我们的目标就是根据 来拟合 ,如Figure 3左上角所示。

对于Forward Selection来说,由于 与 更相关(表现在图中就是夹角比较小),那么根据小节3.1所述,更新过程为下面两个式子。对应于Figure 3右上角的图示,更新完后的残差 与特征 垂直,即不再相关,后续更新也就不会再用到 。

对于Forward Stagewise来说,也是会选择 的方向来更新 ,根据小节3.2介绍的更新过程如下公式,其中 是预先设定的步长,一般来说是很小的值,在Figure 3左下角所示,由于步长比较小,下一步更新时残差可能仍与 最为相关,所以可以多次利用同一个特征。

对于LARS来说,也是会选择 的方向来更新 ,更新方式如下公式,其中 的选择要满足 ,反映在Figure 3中则是右下角,更新到残差 与特征 的角平分线 平行。

通过上面可以看出LARS和Forward Selection以及Forward Stagewise的关系,下面就仔细来推导一下LARS的数学表达,即角平分线如何求,步长 如何求,以及下一步选择哪个特征等等(数学公式比较繁杂,不感兴趣的可以跳过)。

首先,回顾一下 ,在LARS求解过程中将矩阵预处理为零均值、长度为1的向量,然后我们记ActiveSet为 ,相应的特征矩阵为 ,那么这些特征的角平分线 怎么求呢?

可以这么思考,角平分线可以表示为特征的加权和,即 ,那么由于是角平分线,那么有:


这里,直接使用内积而不是余弦相似度,是因为假设数据的每个特征在开始已经做了标准化(均值为0,模长为1),上面公式表示角平分线和每一个特征夹角相等,即内积相等,都等于 ,这里 是一个常数, 表示全1向量 。通过上面式子又有:

假设 是单位向量,那么有 ,即:

所以记 , ,那么 ,从而得到角平分线 。

下面要在角平分线上进行更新,所以假设当前预测目标的和为 ,那么更新的方法为:

下面我们要求每个特征与残差 的相关系数,有:

其中 为上一步更新结束后残差和特征的相关系数。对于 ,由于ActiveSet里面的 大小一样,即AcitiveSet里面的特征与残差的相关系数会等值衰减。另外,对于 , ,并且记 ,那么 。

下面从 中选取下一个特征 。首先对于 , ,即用 来替代一下。那么,根据LARS第4步过程, 的选择必须满足有一个特征 与残差的相关系数 等于ActiveSet里面特征与残差的相关系数,因此有 ,所以得到了 为:


注意到,相关系数大小相等,是绝对值意义上的,既可以是负相关也可以是正相关,上面在所有 中及其正相关或负相关中选择最小的,并且必须是正数(步长为正数)。所以,上面最小值对应的 即为 ,最后 ,加入ActiveSet。

总结一下,上面介绍了LARS算法数学推导的三个核心问题:更新方向ActiveSet的角平分线怎么求、步长如何选取、下一步选择哪个特征。

实际上,通过对LARS进行稍加修改即可得到Lasso和Forward Stagewise,一方面这说明了Lasso和Forward Stagewise的结果为什么会很像,另一方面这意味着可以利用修改的LARS来求解Lasso,那么后面就介绍Lasso的几种解法。


5 Lasso三种求解方法:闭式解、LARS、CD

目前为止,已经介绍了Lasso的问题形式,以及与其相关的几个概念,但是都没有涉及到如何求解Lasso。Lasso的求解有很多方法,但是较为经典的则是利用LARS来求,当然另外一种经常使用的则是坐标下降法(Coordinate Descent, CD)。

5.1 闭式解

在介绍LARS、CD求解Lasso之前,先看看Lasso的闭式解。首先,对于一般线性回归问题,即不带有正则化的线性回归问题,见第1节,有Ordinary Least Squares求解方法,记为OLS。通过简单求导计算即可得到:


对于Ridge Regression来说也不难,得到:


通过Ridge Regression的闭式解,可以发现“岭回归”中的"岭"是什么意思了,它指的就是在矩阵的对角处加上了一个大于零的常数。

下面我们来看Lasso的情况,首先求导得到:


上面对一范数进行求导,要引入次梯度(sub gradient),并且还要假设一个条件 ,即任意两个特征之间正交,那么有 , 。那么此时分情况考虑:

1)对于 , ,由于 ,所以 ,此时有 。

2)对于 , ,由于 ,所以 ,此时有 。

3)对于 ,用反证法,假设 ,那么 ,所以 ,矛盾;同理可证 也不成立。那么, 。

将各种情况考虑进来,得到 ,这就是Lasso的闭式解,可以看出,Lasso将OLS得到的系数的绝对值进行衰减 ,如果小于零了,就将其变为0,即稀疏化了系数。

下面给出一张图,表示OLS,Ridge Regression, Lasso之间系数的关系,分别在Figure 5中分别用灰色点虚线、灰色杠虚线、黑色杠虚线来表示。另外一个黑色实线是后面要介绍的ElasticNet的系数。

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第10张图片 lasso,lars算法详细推导过程-数学_第11张图片 Figure 5 : beta of OLS, Ridge Regression, Lasso, ElasticNet

5.2 修改LARS求解Lasso

第四节介绍的LARS是用来求解线性回归问题的,但并不能直接拿来求解Lasso,而是要进行修改一部分才可以。下面先给出修改的方法:

在ActiveSet里面,假设有 ,在更新系数的过程中 ,(更新过程参考第4小节对LARS的介绍),即有一个系数的值小于了零或大于了零,即改变了符号,将其从ActiveSet里移除即可。

这里根据论文里面给出的为什么要将其移除才能满足Lasso的约束条件,来简单说明一下。

首先,考虑Lasso的式子:

[公式]
即权重的符号和相关性的符号一致。而在LARS中,更新过程中相关系数的更新为 ,在前面介绍LARS中, 实际上表示的是相关系数的绝对值,因而在LARS中,当权重相关系数改变符号时,相关系数却不会改变符号,这不满足上面的约束。所以标准LARS得到的解不会是Lasso的解,所以要修改LARS,至于按照上述过程修改后的LARS为什么就是Lasso的解,这个问题有点复杂,看论文并没有看懂(貌似论文也就只给了一个定理)。这里省去。

论文中提到LARS的复杂度,假设LARS更新了m步,即选择了m个特征,那么时间复杂度将是 ,首先m会小于等于d,因为LARS的每一步都会选择一个特征。其中 是因为要求ActiveSet的角平分线,利用Cholesky分解求逆矩阵。

另外,利用LARS求解Lasso时,最多只能选择出min(n, d)个特征,这实际上也是由Lasso的性质决定的,事实上当n << d时,Lasso的结果里面最多有n个是non-zero的。下面通过Lasso的KKT条件来说明一下。首先KKT条件为:


其中 是次梯度,我们考虑系数不为零的 , ,那么这部分的KKT条件为:

由于 ,假若 ,那么因为:

考虑非齐次线性方程组 ,假设 ,此时方程组无解。应用到Lasso的KKT约束条件上,即 是不成立的,所以 ,即Lasso最多只能选择出min(n, d)个特征。

利用LARS的求解过程也可以说明,还是在n << d的情况下,假设现在已经选择了n个特征加入了ActiveSet里面,那么是否还可以继续选择特征呢?再选一个特征的话,这个特征就可以用前面的特征进行线性表示了,那么角平分线就没办法定义了。为什么是这样,举个简单的例子:假设二维平面上选择了三个向量,那么角平分线如何定义呢?所以可以通过LARS求解过程直观地理解为什么最后只能选择出min(n, d)个特征。

而Ridge Regression却没有这个限制,是因为Ridge Regression的KKT条件为:

可以看出由于加入了一个常数倍数的对角单位阵,则消除了Lasso里面矩阵 的限制。

5.3 Coordinate Descent

利用坐标下降法求解Lasso,也是求解Lasso的一种经典算法,并且具有很大的优势,因为坐标下降法特别适合那些在单个维度上有闭式解,但是在整体维度上却没有闭式解的问题。这里给出其算法流程:

  • 随机初始化参数
  • For k = 1, 2, ... , d

求解目标:

得到 ,求解过程参考前面介绍的Lasso闭式解求解过程,这一步会得到稀疏的系数,即 可能会被Shrink为0

  • 迭代上面的步骤直到收敛

可以看出利用Coordinate Descent来求解Lasso就是将其看作d个一维变量的Lasso逐步求解,迭代直到收敛即可。由于并不涉及到矩阵分解操作,所以单步求解只需要 的时间复杂度,唯一要确定的就是迭代的轮数。

下面稍微总结一下三种解法。闭式解需要满足正交性 ,并且需要利用矩阵求逆 ,一般来说比较难满足,并且求逆太复杂;利用LARS则很简单,最多只用d步即可以完成求解;而Coordinate Descent则非常快,因为其每一步求解过程都是在一个坐标轴上进行求解单变量Lasso问题。总的来说,LARS和Coordinate Descent是最为常用的两个Lasso求解方法。

由于Lasso的目标函数是Convex的,所以只要算法可以收敛,即可得到全局最小值,但是由于Lasso不是严格凸的,所以可以有很多全局最小值,所以得到的解有时会不一样。


6 ElasticNet解决Lasso存在的问题 & LARS-EN

前文说到,当d >> n的时候,Lasso最多只能选择出n个特征,其余特征的权值全为0,那么这不是我们想要的,因为很多情况下数据样本很少,但特征维度很多。

并且即便当d < n时,假设有几个特征高度相关,这种情况下,Lasso倾向于选择其中一个作为代表,而Ridge Regression会倾向于将权重均匀分配到这些相关特征上面。事实上,这种情况下,实验表明Ridge Regression的表现会比Lasso好很多。

所以,Lasso的使用场合还是比较适合于d < n,并且特征之间相关性很小的情况下。

那么为了综合Ridge Regression和Lasso的性质,又出现了ElasticNet,其优化目标为:

即加入了L2和L1形式的正则化,由于L2正则化项的存在,即便在n << d的情况下,也可以选择多于n个特征。其求解过程也可以采用对LARS进行稍微修改得到,为什么呢?其实是因为,ElasticNet可以写成Lasso的形式。

令 , ,那么有:

[公式]

所以,ElasticNet相当于是在新的数据矩阵上求解Lasso问题,由于新的数据矩阵 不会出现n + d << d的情况,所以就可以选择超过n个特征,并且解法可以对LARS稍加改变即可得到,算法为LARS-EN,这里不再介绍了。

最后附上一张图Figure 6,ElasticNet的几何意义:

lasso,lars算法详细推导过程-数学_第12张图片 Figure 6 : ElasticNet

参考文献

1. Tikhonov regularization

2. Lasso (statistics)

3. Least-angle regression

4. 101.110.118.19/statweb.

5. web.stanford.edu/~hasti

6. cs.cmu.edu/~ggordon/107

7. courses.cs.washington.edu

8. Efron, Bradley; Hastie, Trevor; Johnstone, Iain; Tibshirani, Robert. Least Angle Regression. Annals of Statistics, 2004.

发布于 2018-10-22
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23 条评论

切换为时间排序
  • Depression
    Depression 1 年前

    感谢~

  • lasso,lars算法详细推导过程-数学_第15张图片
    ArcticPirates 1 年前

    @林灏殷
    该学习了

  • 贺云浩
    贺云浩 1 年前
    写得真好,感谢。顺带问个问题:用lars来解lasso的时候,lambda在lars里面怎么体现呢?
  • 李新春
    李新春 (作者) 回复 贺云浩 1 年前

    感谢提问,文中没有注意到这一点。现在补充如下:在lars求解过程中会设置最小的系数绝对值,记为alphaMin,如果在系数更新过程中绝对值小于了alphaMin,那么将其从ActiveSet里面移除。详细可以参考sklearn里面lars_path的实现sklearn.linear_model.lars_path - scikit-learn 0.20.0 documentation,参数alphaMin的作用就是Lasso里面的lambda。

  • Arsgratia Artis
    Arsgratia Artis 回复 李新春 (作者) 1 年前

    问的应该是lambda出现在了目标函数但是为什么没有进入LARS这个算法里。alphamin应该是如何数值第判断betai是否被剔除。那么lambda呢?是满足KKT以后停止还是说在拉格朗日约束下求解:如果|\beta|到达一个上界比如t则算法停止

  • 展开其他 1 条回复
  • ninghaoo
    ninghaoo 1 年前

    以前平时接触到的正则化的零碎知识,在这里都能比较系统地串联起来。感谢作者。

  • Rawzq
    Rawzq 1 年前

    lasso其实是在线性子空间找距离最近的近似向量,如果从Hilbert space(L2)角度理解,也许更清晰一些,Tikhonov研究ill pose问题其实也是这个角度,不过用的是L2约束项。看到你说d >> n的时候lasso不适用,不过似乎高维统计里面大都用lasso?另外我觉得那副经典的对比图一点都没有intuitive。。。

  • lasso,lars算法详细推导过程-数学_第16张图片
    山中观海 10 个月前

    拜读了,

    lasso,lars算法详细推导过程-数学_第17张图片
  • lasso,lars算法详细推导过程-数学_第18张图片
    山中观海 9 个月前

    因为我看的一些资料上是使用余弦距离,而你使用的是内积。所以请问作者,Forward Selection(前向选择)是使用余弦距离还是内积来度量相似性,还是两者均可以?

  • 劝田
    劝田 回复 山中观海 2 个月前
    数据的每个特征在开始已经做了标准化(均值为0,模长为1),内积和余弦数值相同
  • Lisf
    Lisf 8 个月前

    感谢“卧龙”先生,您的理解深入,学习了。

  • Shercklo
    Shercklo 7 个月前

    感谢学长~

  • daydayupupupup
    daydayupupupup 3 个月前

    学习了

  • gjlper
    gjlper 3 个月前

    整体总结得很好,受益颇多,谢谢大佬!

    但大佬自己总结的Lars算法过程中有一些瑕疵,原始论文中的思路是用delta和对角线来更新u的,beta的更新是与dj(sj*wjA)相关,而不是delta;

  • 劝田
    劝田 2 个月前
    "从上面式子可以看出,假如我们事先对数据进行标准化(中心化),即每个样本数据减去均值,从而得到零均值的数据样本,此时做线性回归就可以不使用偏置。下面为了方便介绍,我们假定给定的n个数据样本点 [公式] 是零均值的,即 [公式] ,那么线性回归的优化目标就可以记为:"

    这里y 也需要0均值处理
  • 劝田
    劝田 2 个月前
    上面对一范数进行求导,要引入次梯度(sub gradient),并且还要假设一个条件 [公式] ,即任意两个特征之间正交

    假设正交是必须的吗?
    lasso,lars算法详细推导过程-数学_第19张图片
  • 李新春
    李新春 (作者) 回复 劝田 1 个月前
    是必须的
  • Johnyee94
    Johnyee94 1 个月前

    想请教一下,lasso在选择变量的时候,有剔除共线性的功能吗?或者说有两个高度相关但都重要的变量,lasoo会不会把一个变量保留,另一个系数压缩至0?

  • 李新春
    李新春 (作者) 回复 Johnyee94 1 个月前
    这个我没有研究过,但是我认为应该可以,其一:与y变量无关的变量可以被剔除;其二,与lasso的求解方法有关,如果采用逐步迭代的方法可能会降低下一个变量共线性的可能性。但是,如果你要达到剔除共线性的目标,可以使用lasso做一次选择,然后再用pca进行正交转换即可。
  • Johnyee94
    Johnyee94 回复 李新春 (作者) 1 个月前

    谢谢

  • 浮夸
    浮夸 1 个月前

    非常感谢!

  • 易晓南
    易晓南 9 天前
    非常感谢 学习了