好记忆的机器学习面试--线性回归

2019-07-30 18:44:55 浏览数 (1)

1.什么是线性回归

  • 线性：两个变量之间的关系是一次函数关系的——图象是直线，叫做线性。
  • 非线性：两个变量之间的关系不是一次函数关系的——图象不是直线，叫做非线性。
  • 回归：人们在测量事物的时候因为客观条件所限，求得的都是测量值，而不是事物真实的值，为了能够得到真实值，无限次的进行测量，最后通过这些测量数据计算回归到真实值，这就是回归的由来。

2. 能够解决什么样的问题

对大量的观测数据进行处理，从而得到比较符合事物内部规律的数学表达式。也就是说寻找到数据与数据之间的规律所在，从而就可以模拟出结果，也就是对结果进行预测。解决的就是通过已知的数据得到未知的结果。例如：对房价的预测、判断信用评价、电影票房预估等。

3. 一般表达式是什么

Y=wx bY=wx bY=wx b

w叫做x的系数，b叫做偏置项。

4. 如何计算

4.1 Loss Function–MSE

J=12m∑mi=1(y′−y)]2J=frac{1}{2m}sum^{i=1}_{m}(y^{'}-y)]^2J=2m1​m∑i=1​(y′−y)]2

利用梯度下降法找到最小值点，也就是最小误差，最后把 w 和 b 给求出来。

5. 过拟合、欠拟合如何解决

使用正则化项，也就是给loss function加上一个参数项，正则化项有L1正则化、L2正则化、ElasticNet。加入这个正则化项好处：

  • 控制参数幅度，不让模型“无法无天”。
  • 限制参数搜索空间
  • 解决欠拟合与过拟合的问题。

5.1 什么是L2正则化(岭回归)

方程： J=J0 λ∑ww2J=J_0 lambdasum_{w}w^2J=J0​ λw∑​w2 J0J_0J0​表示上面的 loss function ，在loss function的基础上加入w参数的平方和乘以λlambdaλ，假设：

λ(w12 w22)]lambda({w_1}^2 {w_2}^2)]λ(w1​2 w2​2)]

回忆以前学过的单位元的方程： x2 y2=1x^2 y^2=1x2 y2=1 正和L2正则化项一样，此时我们的任务变成在L约束下求出J取最小值的解。求解J0的过程可以画出等值线。同时L2正则化的函数L也可以在w1w2的二维平面上画出来。如下图：

L表示为图中的黑色圆形，随着梯度下降法的不断逼近，与圆第一次产生交点，而这个交点很难出现在坐标轴上。这就说明了L2正则化不容易得到稀疏矩阵，同时为了求出损失函数的最小值，使得w1和w2无限接近于0，达到防止过拟合的问题。

5.2 什么场景下用L2正则化

只要数据线性相关，用LinearRegression拟合的不是很好，需要正则化，可以考虑使用岭回归(L2), 如何输入特征的维度很高,而且是稀疏线性关系的话， 岭回归就不太合适,考虑使用Lasso回归。

5.3 什么是L1正则化(Lasso回归)

L1正则化与L2正则化的区别在于惩罚项的不同： J=J0 λ(∣w1∣ ∣w2∣)J=J_0 lambda(|w_1| |w_2|)J=J0​ λ(∣w1​∣ ∣w2​∣) 求解J0的过程可以画出等值线。同时L1正则化的函数也可以在w1w2的二维平面上画出来。如下图：

惩罚项表示为图中的黑色棱形，随着梯度下降法的不断逼近，与棱形第一次产生交点，而这个交点很容易出现在坐标轴上。这就说明了L1正则化容易得到稀疏矩阵。

5.4 什么场景下使用L1正则化

L1正则化(Lasso回归)可以使得一些特征的系数变小,甚至还使一些绝对值较小的系数直接变为0，从而增强模型的泛化能力 。对于高的特征数据,尤其是线性关系是稀疏的，就采用L1正则化(Lasso回归),或者是要在一堆特征里面找出主要的特征，那么L1正则化(Lasso回归)更是首选了。

5.5 什么是ElasticNet回归

ElasticNet综合了L1正则化项和L2正则化项，以下是它的公式： min(12m[∑i=1m(yi′−yi)2 λ∑j=1nθj2] λ∑j=1n∣θ∣min(frac{1}{2m}[sum_{i=1}^{m}({y_i}^{'}-y_i)^2 lambdasum_{j=1}^{n}theta_j^2] lambdasum_{j=1}^{n}|theta|min(2m1​[i=1∑m​(yi​′−yi​)2 λj=1∑n​θj2​] λj=1∑n​∣θ∣

5.6 ElasticNet回归的使用场景

ElasticNet在我们发现用Lasso回归太过(太多特征被稀疏为0),而岭回归也正则化的不够(回归系数衰减太慢)的时候，可以考虑使用ElasticNet回归来综合，得到比较好的结果。

6. 线性回归要求因变量服从正态分布？

我们假设线性回归的噪声服从均值为0的正态分布。 当噪声符合正态分布N(0,delta2)时，因变量则符合正态分布N(ax(i) b,delta2)，其中预测函数y=ax(i) b。这个结论可以由正态分布的概率密度函数得到。也就是说当噪声符合正态分布时，其因变量必然也符合正态分布。

在用线性回归模型拟合数据之前，首先要求数据应符合或近似符合正态分布，否则得到的拟合函数不正确。

7. 代码实现

GitHub：https://github.com/NLP-LOVE/ML-NLP/tree/master/Machine Learning/Liner Regression/demo

作者：@mantchs GitHub：https://github.com/NLP-LOVE/ML-NLP 欢迎大家加入讨论！共同完善此项目！群号：【541954936】

正则表达式 线性回归 NLP服务

0 人点赞