机器学习 之 逻辑回归代码解读

-0.017612	14.053064	0
-1.395634	4.662541	1
-0.752157	6.538620	0
-1.322371	7.152853	0
0.423363	11.054677	0
0.406704	7.067335	1
0.667394	12.741452	0

首先把需要处理的数据集的格式张贴一下。

我们先来看第一个函数:导入数据集

from numpy import *

def loadDataSet():
    dataMat = []; labelMat = []
    fr = open('testSet.txt')
    for line in fr.readlines():
        lineArr = line.strip().split()
        dataMat.append([1.0, float(lineArr[0]), float(lineArr[1])])
        labelMat.append(int(lineArr[2]))
    return dataMat,labelMat

在每一行中我们按照 line.strip() 默认分割方式(空格,tab等)进行分割,然后把数据的加上1.0作为开头,这是为了方便计算的,待会会进行说明;然后把列表加载到矩阵里。并把标签存在另一个矩阵里。

一般在二维平面分类的时候,我们的直线是a_1X_1+a_2X_2=b ,但是放到矩阵里进行计算的话,就比较麻烦。我们把b移位到左边,生成新的表示方式: a_0X_0+a_1X_1+a_2X_2=0,注意这里的X0永远是1,这样右边就是0了,在矩阵计算就只需要用到左边就行了。

然后是第二个函数:sigmoid以及梯度上升函数。

def sigmoid(inX):
    return 1.0/(1+exp(-inX))

def gradAscent(dataMatIn, classLabels):
    dataMatrix = mat(dataMatIn)             #convert to NumPy matrix
    labelMat = mat(classLabels).transpose() #convert to NumPy matrix
    m,n = shape(dataMatrix)
    alpha = 0.001
    maxCycles = 500
    weights = ones((n,1))
    for k in range(maxCycles):              #heavy on matrix operations
        h = sigmoid(dataMatrix*weights)     #matrix mult
        error = (labelMat - h)              #vector subtraction
        weights = weights + alpha * dataMatrix.transpose()* error #matrix mult
    return weights

标签进行一下转置,学习率设为0.001,然后一共学习500轮。注意这里的n打印出来以后是3,代表前面每个样本的三个数值。

weights的初始值设为了(1,1,1),然后乘出来的结果进入sigmoid函数,sigmoid函数接受一个矩阵,输出也是一个矩阵(而不仅是一个数值),我们把标签与sigmoid生成的结果相减,得到偏差error,然后通过梯度上升算法来修改weight。

简单说明一下:

z=a_0X_0+a_1X_1+a_2X_2

sigmoid(z)=\frac{1}{1-e^-^(a_0X_0+a_1X_1+a_2X_2)}

对任意Xi进行求偏导,然后就可以得到后面的表达式。注意一个样本的三个数据(X0,X1,X2)在经过了上面的sigmoid函数后,值会在1——0之间。误差的意义就是判断这个值与样本的标签(二分类的时候要么是0,要么是1)的差距是多少,然后通过梯度上升进行计算。为什么是梯度上升以及为什么这么求,大家可以看别人的博客,李航的统计学习书也比较详细,李宏毅的视频里也介绍了。这里我就懒得再写了。

然后再看第三个函数:关于随机梯度上升法。

def stocGradAscent0(dataMatrix, classLabels):
    m,n = shape(dataMatrix)
    alpha = 0.01
    weights = ones(n)
    for i in range(m):
        h = sigmoid(sum(dataMatrix[i]*weights))
        error = classLabels[i] - h
        weights = weights + alpha * error * dataMatrix[i]
    return weights

因为不再是一堆样本的矩阵相乘,这里只是数组,所以需要用到sum(dataMatrix[i]*weights),将数值乘权重然后加起来。

然后上升的梯度也是加一个数值。

随意梯度上升可能会震荡很大,因为存在很多分类不好的数据。改进方式见第四个函数。

第四个函数:改进的随机梯度上升。

def stocGradAscent1(dataMatrix, classLabels, numIter=150):
    m,n = shape(dataMatrix)
    weights = ones(n)
    for j in range(numIter): dataIndex = range(m)
        for i in range(m):
            alpha = 4/(1.0+j+i)+0.01
            randIndex = int(random.uniform(0,len(dataIndex)))
            h = sigmoid(sum(dataMatrix[randIndex]*weights))
            error = classLabels[randIndex] - h
            weights = weights + alpha * error * dataMatrix[randIndex]
            del(dataIndex[randIndex])
    return weights

这个代码改进了两个地方:

一是 alpha = 4/(1.0+j+i)+0.01 ,在迭代时随时调整学习率。

二是通过生成随机数来随机选择第几个样本,这里通过dataIndex = range(m)先来生成一个数组,数据变化从0到m-1,然后选中一个值后,用完将其剔除。

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