week3-机器学习-逻辑回归模型介绍和决策边界

上周进行了线性慧慧的学习,本周将学习分类其中输出变量Y只能输出一小部分可能得值之一,而不是无限范围内的任意可能值,线性回归不是分类问题的良好算法,本周将 学习逻辑回归,这是当今最流行,最广泛的学习算法,之一

分类的例子,判断一个邮件是否为垃圾邮件

判断在线金融交易是否欺诈,

肿瘤分类是恶性或者良性

在这些例子中,希望输出的结果只有两个可能值之一,是或者否,这种两个可能输出的分类叫做二元分类,二元指的是两个可能的类别,或者可能得分类,其中可用no,或者 yes来表示,也可以用 FALSE,TRUE .0 ,1来表示 其中都可以称之为正类或者负类。

那么如何构建一个分类算法呢?

我们看一下关于预测肿瘤的数据集

其中横轴表示肿瘤的大小,纵轴表示我们的标签,我如果我们用线性回归处理这个问题,并在算法中去0.5的阈值在这里画一条垂线用于我们决策,我们叫这个线为决策线,小于0.5则输出0大于0.5则输出1,这样看起来还可以但是有问题,看些下图,

如果此时出现了一个size很大的树数据,我们延长横轴,这个时候回归线会向右偏移,理所档案,决策线也会向右偏移,如图绿色的线是偏移之后的线,可以用这条决策线去分类绝不是很好,后面将学习逻辑回归,其中输出值始终在0和1之间算法将避免上图中我们看到的问题,逻辑回归这个名字会令人疑惑尽管他包含回归但是却用于分类,名字是历史原因而明明的

逻辑回归

我们谈谈逻辑回归,这可能是世界上最广泛的分类算法了,

线性回归并不适合我们想要一个函数是一个S形的,这个函数输出的结果是0-1之间的数字,然后我们取一个阈值,大于这个阈值输出0小于这个阈值输出1

这个函数就是Sigmoid function 有时称为逻辑函数

这个函数当z非常大的时候,e的负Z次放会非常小指数级变小,函数趋近与1,正类

当z非常小,分母就会变大,函数趋近与0,是父类

对于logistic funtion,这个是最终的函数,两个函数是一样的,但是这个函数更具体一下,就是把线性回归的输出,带入到逻辑回归总,就是相当于把线性回归外面套了一个壳子,把线性回归的输出压缩,为0-1,这个壳子就是sigmoiid function,结果就是logistics function

决策边界

由于逻辑回归的的函数是0-1的区间的,我们要他输出0或者1两个值,有什么方法呢?

我们可以设定一个阈值,当数值大于这个阈值的时候输出1,当数值小于这个阈值的时候,输出0我们用一个常见的0.5为阈值,当值大于0.5的时候模型输出1,当值小于0.5的时候模型输出0,我们观察函数的图象,

发现,当Z大于0的时候,函数大于0.5介于0.5-1之间,当Z小于0的时候模型小于0.5介于0-0.5,我们发现因为是嵌套的函数,W·X+b=Z, 等量代换,

当W·X+b>0输出1,W·X+b<0输出0, 那么W·X+b=0就是这个模型的决策边界,

在这个模型中W1=1,W2=2,B=-3,得到x1+x2-3=0

那个这条线就是上图汇总紫色的线,如果特征X在这条线的左边则会输出0,反之则输出1,

类似的,这个模型的决策边界是一个园,当X1平方+X2平方大于1就在圆的外部,输出1,反之则输出0

还有其他的更复杂的边界例如下图

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