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机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

先看三张图片,这三张图片是线性回归模型 拟合的函数和训练集的关系

第一张图片拟合的函数和训练集误差较大,我们称这种情况为 <code>欠拟合</code>

第二张图片拟合的函数和训练集误差较小,我们称这种情况为 <code>合适拟合</code>

第三张图片拟合的函数完美的匹配训练集数据,我们称这种情况为 <code>过拟合</code>

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

类似的,对于逻辑回归同样也存在欠拟合和过拟合问题,如下三张图

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

欠拟合问题,根本的原因是特征维度过少,导致拟合的函数无法满足训练集,误差较大。

欠拟合问题可以通过增加特征维度来解决

过拟合问题,根本的原因则是特征维度过多,导致拟合的函数完美的经过训练集,但是对新数据的预测结果则较差。

解决过拟合问题,则有2个途径

减少特征维度; 可以人工选择保留的特征,或者模型选择算法

正则化; 保留所有的特征,通过降低参数θ的值,来影响模型

回到前面<code>过拟合</code>例子, h(x) = θ0 + θ1x1 + θ2x2 + θ3x3 + θ4x4

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

从图中可以看出,解决这个过拟合问题可以通过消除特征x3和x4的影响, 我们称为对参数的<code>惩罚</code>, 也就是使得参数θ3, θ4接近于0。

最简单的方法是对代价函数进行改造,例如

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

这样在求解最小化代价函数的时候使得参数θ3, θ4接近于0。

<code>正则化</code>其实就是通过对参数θ的惩罚来影响整个模型

前面几篇文章中,线性回归的<code>代价函数</code>J(θ)表达式如下

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

正则化后,代价函数J(θ)表达式如下,注意j从1开始

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

注意λ值不能设置过大,否则会导致求出的参数除了θ0,其它θ1,θ2 ... θn值约等于0,导致预测函数h(x)出现极大偏差

我们的目标依然是求J(θ)最小值,我们还是用<code>梯度下降算法</code>和<code>正规方程</code>求解最小化J(θ)

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合
机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

对于正规方程来,需要修改等式如下

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

系数λ 所乘的矩阵为 (n+1)*(n+1)维

和线性回归模型类型,逻辑回归也可以通过正则化来解决过拟合问题。

逻辑回归的<code>代价函数</code>J(θ)表达式如下

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合

正则化逻辑回归的代价函数,是在等式后加上一项,注意j从1开始

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同样的用<code>梯度下降算法</code>求解最小化J(θ),也需要做改变

机器学习-回归模型-欠拟合和过拟合
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不同的是逻辑回归模型中的预测函数 h(x)和线性回归不同

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