邏輯斯蒂回歸公式推導(dǎo)

1. 什么是邏輯斯蒂回歸

邏輯回歸是用來做分類算法的锻离。

大家都熟悉線性回歸,一般形式是Y=aX+b墓怀,y的取值范圍是[-∞, +∞]汽纠,有這么多取值,怎么進(jìn)行分類呢傀履?不用擔(dān)心虱朵,偉大的數(shù)學(xué)家已經(jīng)為我們找到了一個方法。

也就是把Y的結(jié)果帶入一個非線性變換的Sigmoid函數(shù)中钓账,即可得到[0,1]之間取值范圍的數(shù)S碴犬,S可以把它看成是一個概率值,如果我們設(shè)置概率閾值為0.5梆暮,那么S大于0.5可以看成是正樣本服协,小于0.5看成是負(fù)樣本,就可以進(jìn)行分類了啦粹。

2. 什么是Sigmoid函數(shù)

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

函數(shù)中t無論取什么值偿荷,其結(jié)果都在[0,-1]的區(qū)間內(nèi),回想一下唠椭,一個分類問題就有兩種答案跳纳,一種是“是”,一種是“否”贪嫂,那0對應(yīng)著“否”寺庄,1對應(yīng)著“是”,那又有人問了撩荣,你這不是[0,1]的區(qū)間嗎铣揉,怎么會只有0和1呢?這個問題問得好餐曹,我們假設(shè)分類的閾值是0.5逛拱,那么超過0.5的歸為1分類,低于0.5的歸為0分類台猴,閾值是可以自己設(shè)定的朽合。

好了俱两,接下來我們把a(bǔ)X+b帶入t中就得到了我們的邏輯回歸的一般模型方程:



結(jié)果P也可以理解為概率,換句話說概率大于0.5的屬于1分類曹步,概率小于0.5的屬于0分類宪彩,這就達(dá)到了分類的目的。

3.損失函數(shù)是什么

邏輯回歸的損失函數(shù)是log loss讲婚,也就是對數(shù)似然函數(shù)尿孔,函數(shù)公式如下:

公式中的 y=1 表示的是真實值為1時用第一個公式,真實 y=0 用第二個公式計算損失筹麸。為什么要加上log函數(shù)呢活合?可以試想一下,當(dāng)真實樣本為1是物赶,但h=0概率白指,那么log0=∞,這就對模型最大的懲罰力度酵紫;當(dāng)h=1時告嘲,那么log1=0,相當(dāng)于沒有懲罰奖地,也就是沒有損失橄唬,達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。所以數(shù)學(xué)家就想出了用log函數(shù)來表示損失函數(shù)参歹。

最后按照梯度下降法一樣轧坎,求解極小值點,得到想要的模型效果泽示。

4. 邏輯斯蒂回歸損失函數(shù)求導(dǎo)

極大似然估計為:




其中m表示樣本量缸血。

對數(shù)似然(乘法變加法):


極大似然估計就是:\theta的所有可能取值中找到一個值,使得極大似然函數(shù)取到最大值械筛。
max l(\theta)捎泻,我們加一個系數(shù)- \frac{1}{m}涡相,轉(zhuǎn)換為求最小值的問題湿右,就可以使用梯度下降了。

求偏導(dǎo)過程如下:


上面我們求導(dǎo)得到的結(jié)論:

可以用于這里价卤,然后


最終我們得到了


對比線性回歸的


太像了赤赊,有木有闯狱!只有式中的模型假設(shè)h_\theta (x)不同,邏輯斯蒂回歸中模型假設(shè)是經(jīng)過正態(tài)分布“映射”處理噠抛计!

我們還是進(jìn)行迭代:


最終得到合適的參數(shù)哄孤,就可以計算


,只要這個值大于0.5吹截,就可以斷定屬于正類(1)瘦陈,小于0.5凝危,就屬于負(fù)類(0)。

整個過程推導(dǎo)下來晨逝,可知線性回歸是邏輯斯蒂回歸的基礎(chǔ)蛾默,但是線性回歸用于擬合一個具體的連續(xù)值,屬于真正的回歸問題捉貌,而邏輯斯蒂回歸得到的是概率值支鸡,解決的其實是二分類問題,我們需要根據(jù)得到的概率值找到其對應(yīng)的分類趁窃。

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