线性回归的从零开始实现

线性回归的从零开始实现

  • 一、线性回归算法设计
    • 1.导入相关包
    • 2.生成人造数据
    • 3.使用小批量梯度下降
    • 4.初始化参数
    • 5.进行预测
    • 6.计算损失
    • 7.更新参数
    • 8.建立模型
  • 二、进行试验
    • 1.生成人造数据
    • 2.建立模型
    • 3.显示结果

一、线性回归算法设计

1.导入相关包

import torch
import matplotlib.pyplot as plt

2.生成人造数据

def synthetic_data(w, b, num_examples):
    x = torch.normal(0, 1, (num_examples, len(w)))
    y = torch.matmul(x, w) + b
    y += torch.normal(0, 0.01, y.shape)
    return x, y.reshape((-1, 1))

3.使用小批量梯度下降

def random_mini_batch(x, y, batch_size):
    # m为样本数
    m = x.shape[0]
    # 随机排列
    sort = list(np.arange(m))
    np.random.shuffle(sort)
    # 打乱
    random_x = x[sort]
    random_y = y[sort]
    batchs = []
    for i in range(x.shape[0] // batch_size):
        batchs.append((random_x[i * batch_size:(i + 1) * batch_size], random_y[i * batch_size:(i + 1) * batch_size]))
    if x.shape[0] % batch_size != 0:
        batchs.append(
            (random_x[(x.shape[0] // batch_size) * batch_size:], random_y[(x.shape[0] // batch_size) * batch_size:]))
    return batchs

4.初始化参数

def init_parameters(feature_num):
    parameters = {}
    parameters['w'] = torch.normal(0, 0.01, size=(feature_num, 1), requires_grad=True)
    parameters['b'] = torch.zeros(1, requires_grad=True)
    return parameters

5.进行预测

def linreg(x, parameters):
    w = parameters['w']
    b = parameters['b']
    return torch.matmul(x, w) + b

6.计算损失

def compute_cost(y_hat, y):
    # 样本数
    m = y.shape[0]
    return (1 / (2 * m)) * torch.sum(torch.square(y_hat - y))

7.更新参数

def update_parameters(parameters, learning_rate):
    with torch.no_grad():
        for key in parameters.keys():
            parameters[key] -= learning_rate * parameters[key].grad
            parameters[key].grad.zero_()

8.建立模型

def model(x, y, num_epoches=10, batch_size=3, learning_rate=0.001):
    # 样本数
    m = x.shape[0]
    # 特征数
    n = x.shape[1]
    # 初始化参数
    parameters = init_parameters(n)
    # 将样本分为多个batch
    batchs = random_mini_batch(x, y, batch_size)
    costs = []
    for i in range(num_epoches):
        # 取出一个batch的数据
        for batch in batchs:
            mini_batch_x, mini_batch_y = batch
            # 计算y_hat
            y_hat = linreg(mini_batch_x, parameters)
            # 计算损失
            cost = compute_cost(y_hat, mini_batch_y)
            costs.append(cost)
            # 计算梯度
            cost.backward()
            # 更新参数
            update_parameters(parameters, learning_rate)
    return parameters,costs

二、进行试验

1.生成人造数据

true_w = torch.tensor([2, -3.])
true_b = 4.0
x, y = synthetic_data(true_w, true_b, 1000)

2.建立模型

parameters,costs = model(x, y, num_epoches=3, batch_size=10, learning_rate=0.03)

3.显示结果

线性回归的从零开始实现_第1张图片

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