线性回归

在机器学习中回归是求学者在学习过程中重要的一环。无论是面试还是实际应用都会经常用到。有很多人会使用线性回归,但却不知道线性回归是怎么来的。如果想让自己在机器学习的方向上更有价值,数学方面的推导必不可少。下面就是我在自己理解的线性回归推导。

什么是回归?

通过现有的数据最终预测出来在指定区间的某一个值 我们称之为回归

贷款栗子

机器学习之线性回归_线性回归

解释

数据:

上图为五个人在银行贷款的样本,其中工资和年龄我们都称为特征(2个特征)

目标:

预测银行会贷款给我多少钱(标签)

考虑:

工资和年龄都会影响最终银行贷款的结果,那么他们各自有多大的影响呢(参数)

通俗解释:

X1,X2就是我们的两个特征(年龄,工资) Y是银行最终借给我们多少钱

找到最合适的一条线来最好的拟合我们的数据点

数学来了

假设 Θ1是年龄的权重, Θ2是工资的权重,Θ0是偏置项

拟合的平面:

机器学习之线性回归_数据_02

整合:

机器学习之线性回归_数据_03

误差

机器学习之线性回归_线性回归_04

真实值和预测值之间肯定是要存在差异的(用 ε来表示该误差)

对于每个样本方程:

机器学习之线性回归_线性回归_05

机器学习之线性回归_似然函数_06

误差机器学习之线性回归_似然函数_07是​独立​并且具有​同分布​,并且服从均值为0方差为机器学习之线性回归_似然函数_08的高斯分布

独立​:张三和李四一起来贷款,他俩都是独立的互不影响

同分布​:张三和李四来的都是在同一家银行贷款 用的用一套贷款算法

高斯分布​:银行可能会多给,也可能会少给,但是绝大多数情况下这个浮动不会太

大,极小情况下浮动会比较大,符合正常情况

误差服从高斯分布:

机器学习之线性回归_数据_09

将预测值式子带入高斯分布式子:

机器学习之线性回归_线性回归_10

似然函数(最大似然估计):

似然函数的理解:

什么样的数据跟参数组合后成为真实值的概率最大

方程:

机器学习之线性回归_线性回归_11

对数似然:

为什么会用到对数似然

乘法难解,加法就容易了,对数里面乘法可以换成加法

方程:

机器学习之线性回归_数据_12

化简:

机器学习之线性回归_似然函数_13

目标函数:

让似然函数(对数变换后也一样)越大越好 让预测值成为真实值得可能性越大越好(最小二乘法)

展开置成自身

机器学习之线性回归_似然函数_14

求偏导:

机器学习之线性回归_似然函数_15

什么样的Θ能够使得整体的表达式的值越小越好(极小值点)

偏导等于0的位置满足这个条件

偏导等于0:

机器学习之线性回归_似然函数_16

评估方法

最常用的评估项:

机器学习之线性回归_数据_17

残差平方和:预测值和真实值之间的差异

R方约等于1:好

R方约等于0:不好