快速上手大模型:机器学习2(一元线性回归、代价函数、梯度下降法)

目录

[1 一元线性回归](#1 一元线性回归)

[1.1 定义](#1.1 定义)

[1.2 例子](#1.2 例子)

[2 代价函数(Cost function)](#2 代价函数(Cost function))

[3 梯度下降算法(Gradiend descent algorithm)](#3 梯度下降算法(Gradiend descent algorithm))

[3.1 引言](#3.1 引言)

[3.2 梯度下降表达式](#3.2 梯度下降表达式)

[3.3 图像理解](#3.3 图像理解)

[3.4 学习率的选择](#3.4 学习率的选择)

[3.5 线性回归中的梯度下降](#3.5 线性回归中的梯度下降)

[3.6 批量梯度下降("Batch" gradient descent)](#3.6 批量梯度下降(“Batch” gradient descent))


1 一元线性回归

1.1 定义

另m为训练集的数量(多少组数据),x是输入变量,y是输出变量(目标变量:指输入特征下的预测结果);(x,y)表示一个训练样本,表示训练集的第i个训练样本。这里一元是指只有一个输入变量。

一元线性回归是拟定一个线性函数f=wx+b(w,b为模型参数),使尽可能多的点在直线上并使代价函数最低。

1.2 例子

房产面积与价格,输入变量房产面积、输出变量房价,通过给定多组数据,拟合成一条线性函数f。当再次输入某一房产面积时,输出估计的房价。

前期通过多组数据进行训练,从而做到后面可以预测房价的功能。

2 代价函数(Cost function)

如上房价-面积示例,拟合该训练集的模型为线性函数,w,b为模型参数、也称系数、权重,可修改,直到找到一组w,b满足预测接近目标y。

代价函数式:,m为训练集样本数量。亦可表示为 。找w,b多少的时候J最小。

3 梯度下降算法(Gradiend descent algorithm)

3.1 引言

寻找代价函数J最小的方法。的函数如图,山顶上有个小人从不同点出发,以最快的速度达到谷地。

3.2 梯度下降表达式

式中称为学习率,其是就是求偏导,下文会对其进行详述。梯度下降原理其是就是不断更新w,b直到收敛。

代码表示:

3.3 图像理解

先令b=0,只考虑w的影响。最上面图起始点为右侧,根据w关系式,当不断迭代学习率时,w不断减小,直到J达到最低点;下图同理,起始点右侧,当不断迭代学习率时,w不断增大,直到J达到最低点。

3.4 学习率的选择

适中,过大会导致过冲(overshoot),永远达不到最小值,无法收敛、发散。故在梯度下降算法中越接近局部最小值时,斜率越小,步长也越小

3.5 线性回归中的梯度下降

线性回归模型:

代价函数:

梯度下降算法:

代入后梯度函数:

3.6 批量梯度下降("Batch" gradient descent)

定义:在梯度下降每一步中,查看所有训练样本,即计算。

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