回归问题的判定?
线性回归定义?
y = k x + b y = kx + b y=kx+b
其中, b b b 偏置是为了单个特征的情况更加适用。
一个通过属性的线性组合来进行预测的函数:
f ( x ) = w 1 x 1 + w 2 x 2 + . . . + w d x d + b f(x) = w_1x_1 + w_2x_2 + ... + w_dx_d + b f(x)=w1x1+w2x2+...+wdxd+b
其中, w w w 为权重, b = w 0 × 1 b=w_0 \times 1 b=w0×1 称为偏置项。
预测函数(拟合函数)通用公式:
h ( w ) = w T x h(w) = w^T x h(w)=wTx
其中
w = ( w 0 w 1 w 2 . . . ) w = \begin{pmatrix} w_0 \\ w_1 \\ w_2 \\ ... \end{pmatrix} w=⎝⎜⎜⎛w0w1w2...⎠⎟⎟⎞
x = ( 1 x 1 x 2 . . . ) x = \begin{pmatrix} 1 \\ x_1 \\ x_2 \\ ... \end{pmatrix} x=⎝⎜⎜⎛1x1x2...⎠⎟⎟⎞
预测结果与真实值的误差大小。如误差的平方和,既最小二乘法:
J ( w ) = ∑ i = 1 m ( h w ( x i ) − y i ) 2 J(w) = \displaystyle\sum_{i=1}^m(h_w(x_i) - y_i)^2 J(w)=i=1∑m(hw(xi)−yi)2
其中 J ( w ) J(w) J(w) 为关于参数 w w w 的损失函数, y i y_i yi 为第 i i i 个训练样本的真实值, h w ( x i ) h_w(x_i) hw(xi) 为第 i i i 个训练样本特征值组合预测函数
找到最小损失对应的 W W W 值,数学原理简单。
w = ( X T X ) − 1 X T y w = (X^TX)^{-1}X^Ty w=(XTX)−1XTy
其中 X X X 为特征值矩阵, y y y 为目标值矩阵
缺点:
首先我们给 θ θ θ 一个初试值,然后向着让 J ( θ ) J(θ) J(θ) 变化最大的方向更新 θ θ θ 的取值,如此迭代。公式如下:
θ j : = θ j − α ∂ ∂ θ j J ( θ ) \theta_j := \theta_j - \alpha \frac{\partial}{\partial\theta_j}J(\theta) θj:=θj−α∂θj∂J(θ)
其中 α \alpha α 为学习速率,需要手工指定
适用场景:训练馆数据规模庞大的任务。
https://blog.51cto.com/u_15075523/2583406
https://www.cntofu.com/book/85/math/analytic/least-square.md
https://www.cnblogs.com/BYRans/p/4700202.html
sklearn优点与缺点:
tensorflow: 封装高低,很多东西可以自己指定
# 线性回归案例-波士顿房价数据集分析
from sklearn.datasets import load_boston
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LinearRegression, SGDRegressor
from sklearn.metrics import mean_squared_error
# 一、获得数据
lb = load_boston()
# 二、处理数据
# 1.取得数据集中特征值与目标值
x = lb.data
y = lb.target
# 2.分割数据集 训练集与测试集
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, test_size=0.25)
# 三、进行特征工程
# 1.训练集与测试集标准化处理
# 特征值与目标值都必须进行标准化处理,实例化两个API,分别处理特征值与目标值
# 特征值
std_x = StandardScaler()
x_train = std_x.fit_transform(x_train)
x_test = std_x.transform(x_test)
# 目标值
std_y = StandardScaler()
# 要求传入的y_train是二维数组,后面也一样,用reshape(-1,1)方法转换
y_train = std_y.fit_transform(y_train.reshape(-1, 1))
y_test = std_y.transform(y_test.reshape(-1, 1))
# 四、线性回归模型-estimator预测
# 1.正规方程求解方式预测结果
lr = LinearRegression()
lr.fit(x_train, y_train)
print('正规方程回归系数为:\n', lr.coef_)
y_predict = std_y.inverse_transform(lr.predict(x_test))
print('正规方程预测测试集房子的价格:\n', y_predict)
print('正规方程预测与真实值均方误差:\n', mean_squared_error(y_test, y_predict))
# 2.梯度下降法对房价进行预测
sgd = SGDRegressor()
sgd.fit(x_train, y_train)
print('梯度下降法回归系数为:\n', sgd.coef_)
y_sgd_predict = std_y.inverse_transform(sgd.predict(x_test))
print('梯度下降法预测测试集房子的价格:\n', y_sgd_predict)
结论:
小规模数据:LinearRegression(不能解决过拟合问题)以及其它
大规模数据:SGDRegressor
对线性模型进行训练学习会变成复杂模型。
模型变复杂的原因是数据的特征与目标值之间的关系不仅仅是线性关系。
欠拟合原因以及解决办法
过拟合原因以及解决办法
L2 正则化:
作用:可以使得 W W W 的每个元素都很小,都接近于0,减少权重,尽量减小高次项特征的影响
优点:越小的参数说明模型越简单,越简单的模型则越不容易产生过拟合现象
Ridge:岭回归,带有正则化的线性回归,解决过拟合。
https://blog.csdn.net/google19890102/article/details/27228279
# 线性回归案例-波士顿房价数据集分析
from sklearn.datasets import load_boston
from sklearn.model_selection import train_test_split, GridSearchCV
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import Ridge
from sklearn.metrics import mean_squared_error
# 一、获得数据
lb = load_boston()
# 二、处理数据
# 1.取得数据集中特征值与目标值
x = lb.data
y = lb.target
# 2.分割数据集 训练集与测试集
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, test_size=0.25)
# 三、进行特征工程
# 1.训练集与测试集标准化处理
# 特征值与目标值都必须进行标准化处理,实例化两个API,分别处理特征值与目标值
# 特征值
std_x = StandardScaler()
x_train = std_x.fit_transform(x_train)
x_test = std_x.transform(x_test)
# 目标值
std_y = StandardScaler()
# 要求传入的y_train是二维数组,后面也一样,用reshape(-1,1)方法转换
y_train = std_y.fit_transform(y_train.reshape(-1, 1))
y_test = std_y.transform(y_test.reshape(-1, 1))
# 四、线性回归模型-estimator预测
# 3.岭回归进行房价预测
rd = Ridge(alpha=1.0)
rd.fit(x_train, y_train)
# 回归系数
print('岭回归的回归系数为:\n', rd.coef_)
# 预测测试集房子价格
y_rd_predict = std_y.inverse_transform(rd.predict(x_test))
print('测试集房子价格为:\n', y_rd_predict)
# 回归性能评估
print('岭回归的回归性能评估为:', mean_squared_error(y_test, y_rd_predict))
# 4.岭回归交叉验证与网格搜索
rd_1 = Ridge()
param = {'alpha': [0.5, 1.0, 2]}
gc = GridSearchCV(rd_1, param_grid=param, cv=5)
gc.fit(x_train, y_train)
# 预测测试集房子价格
y_gc_predict = std_y.inverse_transform(gc.predict(x_test))
print('岭回归网格搜索的回归性能评估为:', mean_squared_error(y_test, y_gc_predict))
print('在交叉验证中最好的结果是:\n', gc.best_score_)
print('最好的参数选择是:\n', gc.best_params_)