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机器学习教程 七-用随机梯度下降法(SGD)做线性拟合

大数据 机器学习教程 发表于 2016-06-02 03:48:04 阅读3795次


scikit-learn的线性回归模型都是通过最小化成本函数来计算参数的,通过矩阵乘法和求逆运算来计算参数。当变量很多的时候计算量会非常大,因此我们改用梯度下降法,批量梯度下降法每次迭代都用所有样本,快速收敛但性能不高,随机梯度下降法每次用一个样本调整参数,逐渐逼近,效率高,本节我们来利用随机梯度下降法做拟合

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梯度下降法

梯度下降就好比从一个凹凸不平的山顶快速下到山脚下,每一步都会根据当前的坡度来找一个能最快下来的方向。随机梯度下降英文是Stochastic gradient descend(SGD),在scikit-learn中叫做SGDRegressor。

 

样本实验

依然用上一节的房价样本

X = [[50],[100],[150],[200],[250],[300]]
y = [[150],[200],[250],[280],[310],[330]]

 

创建sgd_regressor.py,内容如下:

# coding:utf-8

import sys
reload(sys)
sys.setdefaultencoding( "utf-8" )

import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.linear_model import SGDRegressor
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

plt.figure() # 实例化作图变量
plt.title('single variable') # 图像标题
plt.xlabel('x') # x轴文本
plt.ylabel('y') # y轴文本
plt.grid(True) # 是否绘制网格线

X_scaler = StandardScaler()
y_scaler = StandardScaler()
X = [[50],[100],[150],[200],[250],[300]]
y = [[150],[200],[250],[280],[310],[330]]
X = X_scaler.fit_transform(X)
y = y_scaler.fit_transform(y)
X_test = [[40],[400]] # 用来做最终效果测试
X_test = X_scaler.transform(X_test)

plt.plot(X, y, 'k.')

model = SGDRegressor()
model.fit(X, y.ravel())
y_result = model.predict(X_test)
plt.plot(X_test, y_result, 'g-')

plt.show() # 展示图像

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讲解一下

这里需要用StandardScaler来对样本数据做正规化,同时对测试数据也要做正规化

 

我们发现拟合出的直线和样本之间还是有一定偏差的,这是因为随机梯度是随着样本数量的增加不断逼近最优解的,也就是样本数量越多就越准确

 

优化效果

既然样本数多拟合的好,那么我们把已有的样本重复多次试一下,修改成如下:

X = [[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300],[50],[100],[150],[200],[250],[300]]
y = [[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],[250],[280],[310],[330],[150],[200],

 

最终成像如下:

 

这回靠谱了许多,实事上,如果再继续重复样本,效果会更逼近