机器学习系列之线性回归

一元线性回归

在机器学习中,线性回归被用来对连续型数据进行预测,来确定两种或者两种以上变量间的相互关系。本篇博客介绍线性回归的最简单的一种情况——一元线性回归。如下图,现在我们在图上画一系列的点,然后打算花一条线,这些点到这条线的距离尽可能的短。那么该怎么找到这条线了?线性回归就是很好的解决方法。

首先,假设 y 和 x 满足下面的一元线性关系:

y=θ0+θ1x

这称为线性回归方程,其中 θi 是回归系数。

使用 python 机器学习库 sklearn 来进行一元线性回归实验,实验代码如下:

    #!/usr/bin/env python3
    # -*- coding: utf-8 -*-

    from sklearn import linear_model
    import matplotlib.pyplot as plt

    import numpy as np

    if __name__ == '__main__':
        array = []
        with open('../resources/lg.txt', 'r') as file:
            for line in file.readlines():
                array.append(np.array(line.strip().split("\t")).astype(np.float))
        tmp = np.array(array)
        x = tmp[0:, 0:2]
        y = tmp[0:, 2:3]
        linear = linear_model.LinearRegression()
        linear.fit(x, y)
        plt.plot(x, y, 'b.')
        y = linear.coef_ * x + linear.intercept_
        plt.plot(x, y, 'r')
        plt.legend()
        plt.show()
        #进行预测
        x = np.array([1.0, 1.2])
        print(lr.predict(x))

 
实验结果图形如下:

可以得出:

y=3.00774324+1.69532264x

此时预测 x=1.2时的值得 : 5.04213041.
源码和实验数据可以去我的 github 上进行下载。

多元线性回归

日常生活中,一个因变量是和多个自变量有关的,比如房价会和房子大小、房子面积、房子的地理位置等因素有关,一元线性关系不足以解决这样的问题,可以使用多元线性来解决。
现有方程:

Y=Xβ

当 X 可逆时,会有
β=X1Y

当 X 不可逆时,上述公式就不成立了。
这是就需要对上式进行转化了:

Y=Xβ=>XTY=XTXβ

由于 XTX 是可逆的,得
β=(XTX)1XTY

现有示例方程: y=2+3x1+4x2
X=[[1,1,1],[1,1,2],[1,2,1]]
y=[[9],[13],[12]]

    from sklearn.linear_model import LinearRegression

    X = [[1, 1, 1], [1, 1, 2], [1, 2, 1]]
    y = [[9], [13], [12]]

    model = LinearRegression()
    model.fit(X, y)

    x2 = [[1, 4, 5]]
    y2 = model.predict(x2)
    print(y2)
[[ 34.]]

带入函数,得y=2+3x4+4x5=34, 验证正确。

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