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liu_yu_bo_play_with_machine_learning
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    • Introduction
    • Summary
    • Chapter10
      • 第十章:评价分类结果
    • Chapter10
      • 10-2 精确率和召回率
    • Chapter10
      • 10-3 实现混淆矩阵、精准率、召回率
    • Chapter10
      • 10-4 F1 score
    • Chapter10
      • 10-5 Precision-Recall平衡
    • Chapter10
      • 10-6 precision-recall曲线
    • Chapter10
      • 10-7 ROC曲线
    • Chapter10
      • 10-8 多分类问题中的混淆矩阵
    • Chapter11
      • 11-1 什么是支撑向量机
    • Chapter11
      • 11-2 支撑向量机的推导过程
    • Chapter11
      • 11-3 Soft Margin和SVM的正则化
    • Chapter11
      • 11-4 scikit-leran中的SVM
    • Chapter11
      • 11-5 SVM中使用多项式特征
    • Chapter11
      • 11-6 什么是核函数
    • Chapter11
      • 11-7 高斯核函数
    • Chapter11
      • 11-8 scikit-learn中的高斯核函数
    • Chapter11
      • 11-9 SVM思想解决回归问题
    • Chapter12
      • 第十二章:决策树
    • Chapter12
      • 12-2 信息熵
    • Chapter12
      • 12-3 使用信息寻找最优划分
    • Chapter12
      • 12-4 基尼系数
    • Chapter12
      • 12-5 CART和决策树中的超参数
    • Chapter12
      • 12-6 决策树解决回归问题
    • Chapter12
      • 12-7 决策树的局限性
    • Chapter13
      • 第十三章:集成学习和随机森林
    • Chapter13
      • 13-2 soft voting
    • Chapter13
      • 13-3 bagging和pasting
    • Chapter13
      • 13-4 更多关于bagging的讨论
    • Chapter13
      • 13-5 随机森林和extra-trees
    • Chapter13
      • 13-6 ada boosting和gradiesnt boosting
    • Chapter13
      • 13-7 Stacking
    • Chapter4
      • KNN - K近邻算法 - K-Nearest Neighbors
    • Chapter4
      • 4-1
    • Chapter4
      • 4-2
    • Chapter4
      • 4-3 训练数据集,测试数据集
    • Chapter4
      • 4-4 分类准确度
    • Chapter4
      • 4-5
    • Chapter4
      • 4-6 网格搜索
    • Chapter4
      • 4-7
    • Chapter4
      • 4-8 scikit-learn中的Scaler
    • Chapter4
      • 4-9 更多有关K近邻算法的思考
    • Chapter5
      • 线性回归算法
    • Chapter5
      • 5-1
    • Chapter5
      • 5-10 线性回归的可解释性和更多思考
    • Chapter5
      • 5-2 最小二乘法
    • Chapter5
      • 5-3 简单线性回归的实现
    • Chapter5
      • 5-4 参数计算向量化
    • Chapter5
      • 5-5 衡量线性回归算法的指标
    • Chapter5
      • 5-6 最好的衡量线性回归法的指标 R Squared
    • Chapter5
      • 5-7 简单线性回归和正规方程解
    • Chapter5
      • 5-8 实现多元线性回归
    • Chapter5
      • 5-9 scikit-learn中的回归算法
    • Chapter6
      • 第六章:梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-2 模拟实现梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-3 多元线性回归中的梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-4 在线性回归模型中使用梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-5 梯度下降的向量化
    • Chapter6
      • 6-6 随机梯度下降
    • Chapter6
      • 6-7 代码实现随机梯度下降
    • Chapter6
      • 6-8 调试梯度下降法
    • Chapter6
      • 6-9 有关梯度下降法的更多深入讨论
    • Chapter7
      • 主成分分析法 PCA Principal Component Analysis
    • Chapter7
      • 7-1
    • Chapter7
      • 7-2 使用梯度上升法求解主成分分析问题
    • Chapter7
      • 7-3 代码实现主成分分析问题
    • Chapter7
      • 7-4 求数据的前N个主成分
    • Chapter7
      • 7-5 高维数据向低维数据映射
    • Chapter7
      • 7-6 scikit learn中的PCA
    • Chapter7
      • 7-7 MNIST数据集
    • Chapter7
      • 7-8 使用PCA降噪
    • Chapter7
      • 7-9 人脸识别和特征脸(未完成)
    • Chapter8
      • 第八章:多项式回归与模型泛化
    • Chapter8
      • 8-10 L1,L2和弹性网络
    • Chapter8
      • 8-2 scikit-learn中的多项式回归和pipeline
    • Chapter8
      • 8-3 过拟合和欠拟合
    • Chapter8
      • 8-4 为什么要训练数据集和测试数据集
    • Chapter8
      • 8-5 学习曲线
    • Chapter8
      • 8-6 验证数据集与交叉验证
    • Chapter8
      • 8-7 偏差方差权衡 Bias Variance Trade off
    • Chapter8
      • 8-8 模型正则化 Regularization
    • Chapter8
      • 8-9 LASSO Regularization
    • Chapter9
      • 第九章:逻辑回归
    • Chapter9
      • 9-2 逻辑回归的损失函数
    • Chapter9
      • 9-3 逻辑回归算法损失函数的梯度
    • Chapter9
      • 9-4 实现逻辑回归算法
    • Chapter9
      • 9-5 决策边界
    • Chapter9
      • 9-6 在逻辑回归中使用多项式特征
    • Chapter9
      • 9-7 scikit-learn中的逻辑回归
    • Chapter9
      • 9-8 OvR与OvO
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  • 一个过拟合的例子:
  • 岭回归 Ridge Regularization
  • 代码实现
  • 测试数据
  • 多项式回归,degree = 20
  • 岭回归,degree=20, alpha = 0.0001
  • 多项式回归及岭回归不同参数的训练结果比较
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  2. Chapter8

8-8 模型正则化 Regularization

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Last updated 5 years ago

模型正则化:限制参数的大小

一个过拟合的例子:

这是8-3中的一个过拟合的例子,把模型的参数打出来如下:

为了尽量地拟合数据,使得线条非常陡峭,数学上表示就是系数非常大

岭回归 Ridge Regularization

Note 1: 正则项是从1累加到n的,theta 0不在里面,因为theta 0代表偏移,不是真正的系数。 Note 2:系数1/2加不加都可以,加了是为了求导方便。 Note 3:a是一个新的超参数,表示目标函数中模型正则化的程度。

代码实现

测试数据

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

np.random.seed(42)
x = np.random.uniform(-3.0, 3.0, size=100)
X = x.reshape(-1, 1)
y = 0.5 * x + 3 + np.random.normal(0, 1, size=100)

plt.scatter(X, y)
plt.show()

多项式回归,degree = 20

训练模型

from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LinearRegression

def PolynomialRegression(degree):
    return Pipeline([
        ("poly", PolynomialFeatures(degree=degree)),
        ("std_scaler", StandardScaler()),
        ("lin_reg", LinearRegression())
    ])

from sklearn.model_selection import train_test_split
np.random.seed(666)
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y)

from sklearn.metrics import mean_squared_error

poly_reg = PolynomialRegression(degree=20)
poly_reg.fit(X_train, y_train)

绘制模型

def plot_model(model):
    X_plot = np.linspace(-3, 3, 100).reshape(100, 1)
    y_plot = model.predict(X_plot)

    plt.scatter(x, y)
    plt.plot(X_plot[:,0], y_plot, color='r')
    plt.axis([-3, 3, 0, 6])
    plt.show()

训练效果

y_predict = poly_reg.predict(X_test)
mean_squared_error(y_test, y_predict)   # MSE = 167.94010867772357
plot_model(poly_reg)

岭回归,degree=20, alpha = 0.0001

训练模型

from sklearn.linear_model import Ridge
from sklearn.pipeline import Pipeline
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.linear_model import LinearRegression

def RidgeRegression(degree, alpha):
    return Pipeline([
        ("poly", PolynomialFeatures(degree=degree)),
        ("std_scaler", StandardScaler()),
        ("ridge_reg", Ridge(alpha=alpha))
    ])

ridge1_reg = RidgeRegression(20, 0.0001)
ridge1_reg.fit(X_train, y_train)

训练效果

y1_predict = ridge1_reg.predict(X_test)
mean_squared_error(y_test, y1_predict)   # MSE = 1.3233492754136291
plot_model(ridge1_reg)

多项式回归及岭回归不同参数的训练结果比较

MSE

拟合曲线

多项式回归,degree = 20

167.94010867772357

岭回归,degree=20, alpha = 0.0001

1.3233492754136291

岭回归,degree=20, alpha = 1

1.1888759304218461

岭回归,degree=20, alpha = 100

1.3196456113086197

岭回归,degree=20, alpha = 10000000

1.840889124848122

当a非常大时,本质上成了优化正则表达项,即让所有theta=0