用TensorFlow實現戴明回歸演算法

2021-08-15 18:34:42 字數 3808 閱讀 8803

如果最小二乘線性回歸演算法最小化到回歸直線的豎直距離(即,平行於y軸方向),則戴明回歸最小化到回歸直線的總距離(即,垂直於回歸直線)。其最小化x值和y值兩個方向的誤差,具體的對比圖如下圖。

線性回歸演算法和戴明回歸演算法的區別。左邊的線性回歸最小化到回歸直線的豎直距離;右邊的戴明回歸最小化到回歸直線的總距離。

線性回歸演算法的損失函式最小化豎直距離;而這裡需要最小化總距離。給定直線的斜率和截距,則求解乙個點到直線的垂直距離有已知的幾何公式。代入幾何公式並使tensorflow最小化距離。

損失函式是由分子和分母組成的幾何公式。給定直線y=mx+b,點(x0,y0),則求兩者間的距離的公式為:d=

|y0−

(mx0

+b)|

m2+1

−−−−

−−√ d=|

y0−(

mx0+

b)|m2+1

# 戴明回歸

#----------------------------------

## this function shows how to use tensorflow to

# solve linear deming regression.

# y = ax + b

## we will use the iris data, specifically:

# y = sepal length

# x = petal width

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

import tensorflow as tf

from sklearn import datasets

from tensorflow.python.framework import ops

ops.reset_default_graph()

# create graph

sess = tf.session()

# load the data

# iris.data = [(sepal length, sepal width, petal length, petal width)]

iris = datasets.load_iris()

x_vals = np.array([x[3] for x in iris.data])

y_vals = np.array([y[0] for y in iris.data])

# declare batch size

batch_size = 50

# initialize placeholders

x_data = tf.placeholder(shape=[none, 1], dtype=tf.float32)

y_target = tf.placeholder(shape=[none, 1], dtype=tf.float32)

# create variables for linear regression

a = tf.variable(tf.random_normal(shape=[1,1]))

b = tf.variable(tf.random_normal(shape=[1,1]))

# declare model operations

model_output = tf.add(tf.matmul(x_data, a), b)

# declare demming loss function

demming_numerator = tf.abs(tf.subtract(y_target, tf.add(tf.matmul(x_data, a), b)))

demming_denominator = tf.sqrt(tf.add(tf.square(a),1))

loss = tf.reduce_mean(tf.truediv(demming_numerator, demming_denominator))

# declare optimizer

my_opt = tf.train.gradientdescentoptimizer(0.1)

train_step = my_opt.minimize(loss)

# initialize variables

init = tf.global_variables_initializer()

sess.run(init)

# training loop

loss_vec =

for i in range(250):

rand_index = np.random.choice(len(x_vals), size=batch_size)

rand_x = np.transpose([x_vals[rand_index]])

rand_y = np.transpose([y_vals[rand_index]])

sess.run(train_step, feed_dict=)

temp_loss = sess.run(loss, feed_dict=)

if (i+1)%50==0:

print('step #' + str(i+1) + ' a = ' + str(sess.run(a)) + ' b = ' + str(sess.run(b)))

print('loss = ' + str(temp_loss))

# get the optimal coefficients

[slope] = sess.run(a)

[y_intercept] = sess.run(b)

# get best fit line

best_fit =

for i in x_vals:

# plot the result

plt.plot(x_vals, y_vals, 'o', label='data points')

plt.plot(x_vals, best_fit, 'r-', label='best fit line', linewidth=3)

plt.legend(loc='upper left')

plt.title('sepal length vs pedal width')

plt.xlabel('pedal width')

plt.ylabel('sepal length')

plt.show()

# plot loss over time

plt.plot(loss_vec, 'k-')

plt.title('l2 loss per generation')

plt.xlabel('generation')

plt.ylabel('l2 loss')

plt.show()

結果:

本文的戴明回歸演算法與線性回歸演算法得到的結果基本一致。兩者之間的關鍵不同點在於**值與資料點間的損失函式度量:線性回歸演算法的損失函式是豎直距離損失;而戴明回歸演算法是垂直距離損失(到x軸和y軸的總距離損失)。

注意,這裡戴明回歸演算法的實現型別是總體回歸(總的最小二乘法誤差)。總體回歸演算法是假設x值和y值的誤差是相似的。我們也可以根據不同的理念使用不同的誤差來擴充套件x軸和y軸的距離計算。

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