线性最小二乘两种方法

Posted 2020-10-20 smartweed

课程笔记

线性最小二乘拟合 y = w0 +w1x  (参数 w0, w1)

 

（1）如何评价一条拟合好的直线 y = w0 +w1x 的误差？

　　"cost" of a given line : Residual sum of squares (RSS)

 

　　　　

（2）最小二乘方法的思路

　　使 RSS 尽量小。

　　即

　　　　　　

　　而RSS 函数的图像是这样的：

　　　　　　

　　　极小值 处导数为0.

　　

　　　对RSS 求导：

　　　　　　

 　　　

　　有两种方法求解。

　1.closed form:

　　解析解， 使gradient = 0

　　得到：

　　w1:　　slope = （(sum of X * Y) - (1/N)*(sum of X)*(sum of Y)） / （(sum of X^2) -(1/N)* (sum of X)*(sum of X)）

　　w0:　　intercept = (1/N)*(sum of Y) - slope * (1/N)* (sum of X)

　　

　　2.gradient descent

　　梯度下降方法。

　　对于简单的函数拟合，可以直接求出解析解。但对于一些不能直接求出解析解的情况（例如神经网络），就可以使用梯度下降方法。

　　注意到：

　　　

　　  w0 的导数 = sum (yi - (w0+w1xi) ) ,即  w0导数 =  sum( error )

　　　w1的导数  = sum( error*x )

　　

 

　　算法过程：

　　　step 0.初始化：

　　　　　　initial_w0 = 0

　　　　　　initial_w1 = 0

　　　　　　step_size = 0.05

　　　　　　tolerance = 0.01

 

　　　　step 1 ~. 对于接下来的每一步：

　　　　（1）根据当前 w0、 w1 计算 y ，并计算w0 、w1的导数 sum( error ) 和 sum( error *x)

　　　　　（2）更新 w0 、w1 的值：

　　　　　　　　　　 adjustment  =  step_size *  derivative（导数）

　　　　　　　　　　w0 = w0 - adjustment (w1 同理)

　　　　　 （3）检查算法是否应该结束（导数是否已经收敛到一个很小的值了）：

　　　　　　　　　　magnitude = sqrt(sum (derivative ^2))

　　　　　　　　　　if magnitude < tolerance:

　　　　　　　　　　　　   end

 

出处：华盛顿大学machine learning：regression  week 1