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Logistic回归模型:
适用于二分类或多分类问题,样本特征是数值型(否则需要转换为数值型)
策略:极大似然估计
算法:随机梯度 或 BFGS算法(改进的拟牛顿法)
线性回归表达式:
式子中;w为N个特征权重组成的向量,即;b是第i个样本对应的偏置常数。
Sigmoid函数:
对数概率
Logistic 回归模型:
,
构造似然函数:
Logistic回归优化:梯度下降,分别对权重w,偏置b求导数:
综上,可归纳Logistic回归的过程:
实例:鸢尾花数据集划分:
class Logistic_Regression: def __init__(self): self.coef_ = None self.intercept_ = None self._theta = None def _sigmoid(self,t): return 1./(1.+np.exp(-t)) def fit(self,X_train,y_train,eta = 0.01, n_iters =1e4): def J(theta,X_b,y): y_hat = self._sigmoid(X_b.dot(theta)) try: return -np.sum(y*np.log(y_hat) +(1-y)*np.log(1-y_hat) ) except: return float('inf') def dJ(theta,X_b,y): return X_b.T.dot(self._sigmoid(X_b.dot(theta))-y) def gradient_descent(initia_theta,X_b,y, eta,n_iters =1e4,epsilon =1e-8 ): theta = initia_theta cur_iter = 0 while cur_iter < n_iters: gradient = dJ(theta,X_b, y) last_theta = theta theta = theta - eta * gradient if (abs(J(theta,X_b, y)-J(last_theta,X_b, y)) < epsilon): break cur_iter += 1 return theta X_b = np.hstack([np.ones(len(X_train)).reshape(-1,1),X_train]) initia_theta = np.zeros(X_b.shape[1]) self._theta = gradient_descent(initia_theta,X_b,y_train,eta,n_iters) self.intercept_ = self._theta[0] self.coef_ = self._theta[1:] return self def predict_proba(self,X_predict): X_b = np.hstack([np.ones(len(X_predict)).reshape(-1,1),X_predict]) return self._sigmoid(X_b.dot(self._theta)) def predict(self,X_predict): proba = self.predict_proba(X_predict) return np.array(proba >= 0.5,dtype = 'int') def score(self,X_test,y_test): y_predict = self.predict(X_test) return accuracy_score(y_test, y_predict) def __repr__(self): return "LogisticRegression()"
可视化划分:
from sklearn import datasets iris = datasets.load_iris() X = iris.data y = iris.target X = X[y<2,:2] y = y[y<2] plot_decision_boundary(log_reg,X_test) plt.scatter(X_test[y_test==0,0],X_test[y_test==0,1]) plt.scatter(X_test[y_test==1,0],X_test[y_test==1,1]) plt.show()
总结
注意:虽然 Logistic 回归的名字叫作回归,但其实它是一种分类方法!!!
优点
- 逻辑斯蒂回归模型基于简单的线性函数,易于理解和实现。
- Logistic 回归模型对一般的分类问题都可使用。
- Logistic 回归模型不仅可以预测出样本类别,还可以得到预测为某类别的近似概率,这在许多需要利用概率辅助决策的任务中比较实用。
- Logistic 回归模型中使用的对数损失函数是任意阶可导的凸函数,有很好的数学性质,可避免局部最小值问题。
缺点
- Logis ic 回归模型本质上还是种线性模型,只能做线性分类,不适合处理非线性的情况,一般需要结合较多的人工特征处理使用。
- Logistic 回归对正负样本的分布比较敏感,所以要注意样本的平衡性,即y=1的样本数不能太少。
- 模型不能自动捕捉特征之间的交互作用,需要手动进行特征工程。