逻辑回归感知机异同,损失函数思考

逻辑斯蒂回归和感知机的异同:

两类都是线性分类器;

损失函数两者不同:逻辑斯蒂回归使用极大似然(对数损失函数),感知机使用的是均方损失函数(即错误点到分离平面的距离,最小化这个值)

逻辑斯蒂比感知机的优点在于对于激活函数的改进。

前者为sigmoid function,后者为阶跃函数。这就导致LR是连续可导,而阶跃函数则没有这个性质。

LR使得最终结果有了概率解释的能力(将结果限制在0-1之间),sigmoid为平滑函数,能够得到更好的分类结果,而step function为分段函数,对于分类的结果处理比较粗糙,非0即1,而不是返回一个分类的概率。

逻辑斯蒂回归为什么不能用均方损失作为损失函数呢:

首先设想一下,目标函数为E_{w,b}=\sum_{i=1}^{m}\left ( y_{i}-\frac{1}{1+e^{-\left ( w^{T}x_{i}+b \right )}}\right )^2 ,并不是不可以求解,那为什么不用呢?

知乎大神解决了我的疑惑:

如果用最小二乘法,目标函数就是 E_{w,b}=\sum_{i=1}^{m}\left ( y_{i}-\frac{1}{1+e^{-\left ( w^{T}x_{i}+b \right )}}\right )^2 ,是非凸的,不容易求解,会得到局部最优。

最小二乘作为损失函数的函数曲线:

 最小二乘作为逻辑回归模型的损失函数,theta为待优化参数



如果用最大似然估计,目标函数就是对数似然函数: l_{w,b}=\sum_{i=1}^{m}\left ( -y_{i}\left ( w^{T}x_{i}+b \right )+ln\left ( 1+e^{w^{T}x_{i}+b} \right ) \right ) ,是关于 (w,b) 的高阶连续可导凸函数,可以方便通过一些凸优化算法求解,比如梯度下降法、牛顿法等。

最大似然作为损失函数的函数曲线(最大似然损失函数后面给出):

再来附加一个大神的推导:

面来推一下逻辑回归中最大损失函数到底是怎么来的,因为我看到很多地方只是说了一下用到最大似然的方法,就直接给出了最终的形式,还看到有书里面过程搞错了,也给出了最终的正确形式。

既然是最大似然,我们的目标当然是要最大化似然概率了:

max \prod_{i=1}^{m}p(y_{i}|x_{i},\theta)

对于二分类问题有:

p_{1}=p(y=1|x,\theta)=\frac{e^{x\theta}}{1+e^{x\theta}},y=1

p_{0}=p(y=0|x,\theta)=\frac{1}{1+e^{x\theta}},y=0

用一个式子表示上面这个分段的函数为:(记得写成相乘的形式)

p=p(y|x,\theta)=p_{1}^{y_{i}}\ast p_{0}^{1-y_{i}}

代入目标函数中,再对目标函数取对数,则目标函数变为:

max \sum_{i=1}^{m}({y_{i}log^{p_{1}}+(1-y_{i})log^{p_{0}})}

如果用 h_{\theta}(x_{i}) 来表示 p_{1} ,则可用 1-h_{\theta}(x_{i}) 来表示 p_{0} ,再将目标函数max换成min,则目标函数变为:

min -\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}({y_{i}log^{h_{\theta}(x_{i})}+(1-y_{i})log^{1-h_{\theta}(x_{i})})}

这样就得到最终的形式了!


作者:临熙
链接:https://www.zhihu.com/question/65350200/answer/266277291
来源:知乎
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逻辑斯蒂回归中的极大似然是什么?极大似然,对数损失函数,交叉熵之间的区别联系:
逻辑斯蒂回归使用的是极大似然就相当于最小化负的似然函数,从损失函数的角度来看就变成了对数损失
 
极大似然和交叉熵之间的表现形式一样。好神奇,有空继续补充



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