第三章 线性模型

一、基本思想

  • 定义:线性模型试图通过属性的线性组合进行预测:

    或向量形式:

  • 特点

    • 形式简单、可解释性强(权重 wi表示属性重要性)

    • 许多非线性模型可在线性模型基础上引入层级结构或高维映射得到

二、线性回归

  • 目标:预测实值输出标记

  • 单变量情形

    • 使用最小二乘法求解 w 和 b
  • 多变量情形

  • 广义线性模型

三、对数几率回归(逻辑回归):做分类

  • 用途:二分类任务

  • 核心思想 :用对数几率函数(Sigmoid)将线性输出映射到 (0,1)(0,1):

  • 优势

    • 直接对分类概率建模

    • 输出具有概率意义

    • 是凸函数,易于优化

  • 参数估计:使用极大似然估计,通过梯度下降或牛顿法求解

四、线性判别分析(LDA):找最佳投影线

  • 思想:将样本投影到一条直线上,使得:

    • 同类样本的投影点尽可能接近

    • 异类样本的投影点尽可能远离

  • 目标函数(广义瑞利商):

  • 多分类推广:可扩展到多分类任务,并可用于监督降维

五、多分类学习策略

  • 基本思路:将多分类任务拆解为多个二分类任务

  • 三种经典策略

    1. OvO(一对一):训练 N(N−1)/2N(N−1)/2 个分类器,通过投票决定类别

    2. OvR(一对其余):训练 NN 个分类器,选择置信度最高的

    3. MvM(多对多):如ECOC(纠错输出码),通过编码与解码容错

3. 多对多(MvM)

通俗解释 :OvO和OvR都比较"极端"------要么是1v1,要么是1v全部。而MvM(RvR)则更加灵活:每次将一部分类别划为"正队",另一部分类别划为"反队",让这两个队伍进行PK。

核心步骤:

  1. 编码:设计多轮团队对抗赛。每一轮,都按照一个规则把3个类别分成"正队"和"反队",训练一个分类器。

  2. 解码:一个新样本(新瓜)来的时候,让它参加所有这些"比赛",看它在每一轮中被分到了"正队"还是"反队",从而得到一个由(+1, -1)组成的"身份编码"。最后,看这个编码最像哪个类别的预设编码。

总结与对比

策略 形象比喻 核心思想 优点 缺点
OvO(一对一) 循环单挑赛 两两配对,训练多个分类器 训练每个分类器只用两类数据,相对简单 分类器数量多(N(N-1)/2)
OvR(一对其余) 海选+总决赛 一个类别 vs 其余所有类别 分类器数量少(N个) 每个分类器训练数据不均衡,训练难度大
MvM(多对多) 团队对抗赛 部分类别 vs 另一部分类别 设计灵活,有纠错能力 编码设计复杂,需要专业知识

六、类别不平衡问题

  • 问题:不同类别的训练样本数差异大,导致模型偏向多数类

  • 解决方法

    • 再缩放:调整决策阈值

    • 欠采样:减少多数类样本

    • 过采样:增加少数类样本(如SMOTE)

    • 阈值移动:在决策过程中嵌入再缩放

  • 与代价敏感学习的关系:将再缩放中的样本比例替换为误分类代价

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