六 Sklearn線性回歸

2022-06-30 13:21:14 字數 2171 閱讀 5532

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最廣為人知的線性模型——將資料擬合成一條直線。

直線擬合的模型方程為y=ax+b,其中a是直線斜率,b是直線截距。

linearregression評估器除了簡單的直線擬合,它還可以處理多維度的線性回歸模型:

y=a0+a1x1+a2x2+...裡面有多個x變數

從幾何學的角度看,這個模型是擬合三維空間中的乙個平面,或者是為更高維度的資料點擬合乙個超平面。

通過這種方式,就可以用乙個linearregression評估器擬合資料的回歸直線、平面和超平面了。

通過基函式對元素資料進行交換,從而將變數間的線性回歸模型轉換為非線性回歸模型。

基函式回歸的多維模型是:y=a0+a1x1+a2x2+a3x3+...,其中一維的輸入變數x轉換成了x1、x2和x3。讓xn = fn(x),這裡的fn()是轉換資料的函式。

假如fn(x)=xn,那麼模型就會變成多項式回歸:y=a0+a1x+a2x2

+a3x3

+...這個模型仍然是乙個線性模型,也就是說係數an彼此不會相乘或相除。

我們其實是將一維的x投影到了高維空間,因此通過線性模型就可以擬合出x與y間更複雜的關係。

有一種常用的擬合模型方法使用的並不是一組多項式基函式,而是一組高斯基函式。

scikit-learn並沒有內建高斯基函式,我們可以自己寫乙個轉換器來建立高斯基函式。

如果將資料投影到30維的基函式上,模型就會變得過於靈活,從而能夠適應資料中不同位置的異常值。

如果對較大的模型引數進行懲罰(penalize),從而抑制模型劇烈波動,就可以解決相鄰基函式的係數相互抵消而出現過擬合的問題

這中懲罰機制被稱為正則化(regularization):

正則化最常見的形式可能就是嶺回歸(ridge regression,或者l2範數正則化),有時也被稱為吉洪諾夫正則化(tikhonov regularization)。

其處理方法是對模型係數平方和(l2範數)進行懲罰,模型擬合的懲罰項為:

其中,α是乙個自由引數,用來控制懲罰的力度。

這種帶懲罰項的模型內建在scikit-learn的ridge評估器中

引數α是控制最終模型複雜度的關鍵,如果α→

0,那麼模型就恢復到標準線性回歸結果,如果α→

∞,那麼所有模型響應都會被壓制。

嶺回歸的乙個重要優點是,他可以非常高效地計算——因此相比原始的線性回歸模型,幾乎沒有消耗更多的計算資源。

2、lasso正則化(l1範數)

另一種常用的正則化被稱為lasso,其處理方法是對模型係數絕對值的和(l1範數)進行懲罰:

雖然它在形式上非常接近嶺回歸,但是其結果與嶺回歸差別很大。

由於其幾何特性,lasso正則化傾向於構建稀疏模型,也就是說,它更喜歡將模型係數設定為0

通過lasso回歸懲罰,大多數基函式的係數都變成了0,所以模型變成了原來基函式的一小部分。

與嶺回歸正則化類似,引數α控制懲罰力度,可以通過交叉檢驗來確定。

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