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Deep learning:四(logistic regression练习)

时间:2015-10-29 18:38:57      阅读:304      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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  前言:


  本节来练习下logistic regression相关内容,参考的资料为网页:http://openclassroom.stanford.edu/MainFolder/DocumentPage.php?course=DeepLearning&doc=exercises/ex4/ex4.html。这里给出的训练样本的特征为80个学生的两门功课的分数,样本值为对应的同学是否允许被上大学,如果是允许的话则用’1’表示,否则不允许就用’0’表示,这是一个典型的二分类问题。在此问题中,给出的80个样本中正负样本各占40个。而这节采用的是logistic regression来求解,该求解后的结果其实是一个概率值,当然通过与0.5比较就可以变成一个二分类问题了。

    实验数据:

    下载数据 ex4Data.zip 

    实验基础:

  在logistic regression问题中,logistic函数表达式如下:

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  这样做的好处是可以把输出结果压缩到0~1之间。而在logistic回归问题中的损失函数与线性回归中的损失函数不同,这里定义的为:

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  如果采用牛顿法来求解回归方程中的参数,则参数的迭代公式为:

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  其中一阶导函数和hessian矩阵表达式如下:

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    可能有些朋友,不太清楚上面这两个式子是怎么推导出来的,第一个式子比较简单就是J对theta求导,一阶导数而已,具体求导过程可以参考牛顿方法、指数分布族、广义线性模型—斯坦福ML公开课笔记4中的总结2,而第二个式子就是对对第一个式子再次求导,相当于J的二阶导数。至于为什么要求一阶导数与二阶导数不清楚的可参考总结2以及上文。

  一些matlab函数:

  find:

  是找到的一个向量,其结果是find函数括号值为真时的值的下标编号。

  inline:

  构造一个内嵌的函数,很类似于我们在草稿纸上写的数学推导公式一样。参数一般用单引号弄起来,里面就是函数的表达式,如果有多个参数,则后面用单引号隔开一一说明。比如:g = inline(‘sin(alpha*x)‘,‘x‘,‘alpha‘),则该二元函数是g(x,alpha) = sin(alpha*x)。

  实验结果:

  训练样本的分布图以及所学习到的分类界面曲线:

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  损失函数值和迭代次数之间的曲线:

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  最终输出的结果:

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  可以看出当一个小孩的第一门功课为20分,第二门功课为80分时,这个小孩不允许上大学的概率为0.6680,因此如果作为二分类的话,就说明该小孩不会被允许上大学。 

  实验代码(原网页提供):


% Exercise 4 -- Logistic Regression

clear all; close all; clc

x = load(‘ex4x.dat‘); 
y = load(‘ex4y.dat‘);%加载数据

[m, n] = size(x);    %数据为m行n列

% Add intercept term to x
x = [ones(m, 1), x]; 


% Plot the training data
% Use different markers for positives and negatives
figure
pos = find(y); neg = find(y == 0);%正例与反例
plot(x(pos, 2), x(pos,3), ‘+‘)    %正例用“+”,反例用“o”标注
hold on
plot(x(neg, 2), x(neg, 3), ‘o‘)
hold on
xlabel(‘Exam 1 score‘)
ylabel(‘Exam 2 score‘)

% Initialize fitting parameters
theta = zeros(n+1, 1);

% Define the sigmoid function
g = inline(‘1.0 ./ (1.0 + exp(-z))‘); 

% Newton‘s method
MAX_ITR = 7;
J = zeros(MAX_ITR, 1);


for i = 1:MAX_ITR
    % Calculate the hypothesis function
    z = x * theta;
    h = g(z);
    
    % Calculate gradient and hessian.
    % The formulas below are equivalent to the summation formulas
    % given in the lecture videos.
    grad = (1/m).*x‘ * (h-y);
    H = (1/m).*x‘ * diag(h) * diag(1-h) * x;
    
    % Calculate J (for testing convergence)
    J(i) =(1/m)*sum(-y.*log(h) - (1-y).*log(1-h));
    
    theta = theta - H\grad;
end
% Display theta
theta


% Calculate the probability that a student with
% Score 20 on exam 1 and score 80 on exam 2 
% will not be admitted
prob = 1 - g([1, 20, 80]*theta)


% Plot Newton‘s method result
% Only need 2 points to define a line, so choose two endpoints
plot_x = [min(x(:,2))-2,  max(x(:,2))+2];
% Calculate the decision boundary line
plot_y = (-1./theta(3)).*(theta(2).*plot_x +theta(1));
plot(plot_x, plot_y)
legend(‘Admitted‘, ‘Not admitted‘, ‘Decision Boundary‘)
hold off


% Plot J
figure
plot(0:MAX_ITR-1, J, ‘o--‘, ‘MarkerFaceColor‘, ‘r‘, ‘MarkerSize‘, 8)
xlabel(‘Iteration‘); ylabel(‘J‘)
% Display J
J 

参考文献:

http://openclassroom.stanford.edu/MainFolder/DocumentPage.php?course=DeepLearning&doc=exercises/ex4/ex4.html

http://www.cnblogs.com/tornadomeet/archive/2013/03/16/2963919.html

Deep learning:四(logistic regression练习)

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原文地址:http://my.oschina.net/dfsj66011/blog/523625

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