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逻辑斯蒂回归公式推导

逻辑斯蒂回归公式推导

作者: Jarkata | 来源:发表于2021-07-20 01:20 被阅读0次

    1. 什么是逻辑斯蒂回归

    逻辑回归是用来做分类算法的。

    大家都熟悉线性回归,一般形式是Y=aX+b,y的取值范围是[-∞, +∞],有这么多取值,怎么进行分类呢?不用担心,伟大的数学家已经为我们找到了一个方法。

    也就是把Y的结果带入一个非线性变换的Sigmoid函数中,即可得到[0,1]之间取值范围的数S,S可以把它看成是一个概率值,如果我们设置概率阈值为0.5,那么S大于0.5可以看成是正样本,小于0.5看成是负样本,就可以进行分类了。

    2. 什么是Sigmoid函数

    函数公式如下:
    S(t) = \frac{1}{1+e^{(-t)}}

    函数中t无论取什么值,其结果都在[0,-1]的区间内,回想一下,一个分类问题就有两种答案,一种是“是”,一种是“否”,那0对应着“否”,1对应着“是”,那又有人问了,你这不是[0,1]的区间吗,怎么会只有0和1呢?这个问题问得好,我们假设分类的阈值是0.5,那么超过0.5的归为1分类,低于0.5的归为0分类,阈值是可以自己设定的。

    好了,接下来我们把aX+b带入t中就得到了我们的逻辑回归的一般模型方程:



    结果P也可以理解为概率,换句话说概率大于0.5的属于1分类,概率小于0.5的属于0分类,这就达到了分类的目的。

    3.损失函数是什么

    逻辑回归的损失函数是log loss,也就是对数似然函数,函数公式如下:

    公式中的 y=1 表示的是真实值为1时用第一个公式,真实 y=0 用第二个公式计算损失。为什么要加上log函数呢?可以试想一下,当真实样本为1是,但h=0概率,那么log0=∞,这就对模型最大的惩罚力度;当h=1时,那么log1=0,相当于没有惩罚,也就是没有损失,达到最优结果。所以数学家就想出了用log函数来表示损失函数。

    最后按照梯度下降法一样,求解极小值点,得到想要的模型效果。

    4. 逻辑斯蒂回归损失函数求导

    极大似然估计为:




    其中m表示样本量。

    对数似然(乘法变加法):


    极大似然估计就是:\theta的所有可能取值中找到一个值,使得极大似然函数取到最大值。
    max l(\theta),我们加一个系数- \frac{1}{m},转换为求最小值的问题,就可以使用梯度下降了。

    求偏导过程如下:


    上面我们求导得到的结论:

    可以用于这里,然后


    最终我们得到了


    对比线性回归的


    太像了,有木有!只有式中的模型假设h_\theta (x)不同,逻辑斯蒂回归中模型假设是经过正态分布“映射”处理哒!

    我们还是进行迭代:


    最终得到合适的参数,就可以计算


    ,只要这个值大于0.5,就可以断定属于正类(1),小于0.5,就属于负类(0)。

    整个过程推导下来,可知线性回归是逻辑斯蒂回归的基础,但是线性回归用于拟合一个具体的连续值,属于真正的回归问题,而逻辑斯蒂回归得到的是概率值,解决的其实是二分类问题,我们需要根据得到的概率值找到其对应的分类。

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