机器学习_03_线性回归

线性回归

一、概念与定位

  • 类型:监督学习、回归任务

  • 定义:用于建模【特征 X】与【连续标签 y】之间的【线性关系】

  • 核心思想:找一条直线(或超平面),让预测值 ŷ 与真实值 y 的【误差最小】


二、模型形式

一元线性回归

ŷ = wx + b

  • w:权重(斜率)

  • b:偏置(截距)

多元线性回归(多个特征)

ŷ = w₁x₁ + w₂x₂ + ... + wₙxₙ + b

矩阵写法:ŷ = WᵀX + b

线性回归的"线性"指【参数 w 线性】,特征 x 可以做多项式变换

参数解释

符号 含义
x 特征
y 目标
w 权重
b 偏置

三、损失函数

衡量预测值 ŷ 与真实值 y 之间的差距。差距越大,损失越大。

损失函数 公式 特点
均方误差(MSE) MSE = (1/n)·Σ(yᵢ - ŷᵢ)² 对大误差惩罚重,处处可导,对异常值敏感 本质:线性回归的优化目标就是让 MSE 最小
平均绝对误差(MAE) MAE = (1/n)·Σ|yᵢ - ŷᵢ| 对异常值不敏感,但在0点不可导
Huber Loss MSE + MAE 的折中 小误差用MSE,大误差用MAE

MSE 计算示例

假设数据:x = 1, 2, 3,真实 y = 2, 4, 6,随机参数:w = 1, b = 0

x 真实 y ŷ = 1·x + 0 y - ŷ (y - ŷ)²
1 2 1 1 1
2 4 2 2 4
3 6 3 3 9

MSE = (1 + 4 + 9) / 3 = 14 / 3 ≈ 4.67


四、求解方法

正规方程(最小二乘法)

  • 原理:对损失函数求导,令导数为0,直接解出最优w

  • 公式:w = (XᵀX)⁻¹ Xᵀy

  • 优点:一步到位,不需要调参

  • 缺点:计算量 O(n³),特征多时极慢;(XᵀX)⁻¹ 可能无解

  • 适用:小数据集(特征数 < 1000)

正规方程:对每个参数求偏导,联立方程组,同时解出所有参数的最优值


梯度下降(Gradient Descent)

  • 原理:沿着梯度的反方向,一步步迭代更新参数

  • 核心公式:w_new = w_old - α·∇L(w)

参数 含义
α 学习率(步长)------ 超参数
∇L(w) 损失函数对 w 的梯度
三种形式
形式 说明
BGD(批量) 用全部样本计算梯度
SGD(随机) 每次用一个样本计算梯度
Mini-Batch GD 每次用一小批样本计算梯度
  • 优点:适合大规模数据,特征量很大时仍可用

  • 缺点:需要调参(学习率、迭代次数)

  • 适用:工业界标配,任何规模都可用

梯度下降的理解

梯度下降,就是分别调整每一个参数,每个参数调整的幅度,由它的专属坡度(梯度分量)和学习率共同决定。

更新公式

相关推荐
金伟API102412 小时前
如何从零打造一个极简的DeepSeek-R1大模型
人工智能·ai
江畔柳前堤12 小时前
大语言模型分布式训练:从并行策略到万卡工程的系统梳理
人工智能·分布式·深度学习·算法·目标检测·机器学习·语言模型
Shockang12 小时前
智能体环路工程实战
人工智能
美摄科技12 小时前
美摄美颜特效SDK Skill:以AI赋能智能视音频新视界
人工智能
Web3_Daisy13 小时前
Pump.fun 与 FOMO 竞争背后的 Meme 市场变局
大数据·人工智能·金融·web3·区块链
AI创界者13 小时前
MiniMax-H3 本地一键部署整合包:8G 显存玩转文图生视频、视频参考、角色替换与超分补帧全流程
人工智能·深度学习
江畔柳前堤13 小时前
HBM:大语言模型时代的「算力血液」——从内存墙到带宽革命的深度拆解
服务器·人工智能·windows·目标检测·语言模型·自然语言处理·软件工程
美摄科技13 小时前
视频一键成片SDK Skill:AI智能分析与语义理解
人工智能
fthux14 小时前
装闭 RenoPit 源码解析(05):FastAPI与Celery如何执行AI装修分析
人工智能·ai·开源·github·open source·renopit
格数致用15 小时前
数据库设计与表结构详解|信息化项目全流程管理系统源码逐行精讲(五)
人工智能·政务·数据库设计·外键约束