机器学习算法-分类-LogisticRegression(逻辑回归)

0.概述

监督学习问题分为“回归”(regression)和“分类”(classification)问题。LinearRegression(线性回归)属于”回归”问题,而LogisticRegression(逻辑回归)属于”分类”问题。

1.LogisticRegression(逻辑回归)

现在我们正在从回归问题切换到分类问题。不要被“逻辑回归”的名字混淆,它被命名为历史原因的方法,实际上是一种分类问题的方法,而不是回归问题。

Sigmoid Function(S函数):

S函数

我们的假设应该满足:

函数范围

逻辑回归的假设函数:

逻辑回归函数

针对分类问题,当假设函数预测的值达到一定概率后就判定为指定类别,预测值为:

预测函数概率

Decision Boundary(决策边界):

决策边界控制分类的界限,当预测函数值大于0.5就分类为1,当预测函数的值小于0.5就分类为0。针对S函数,当S函数中的X大于0是S函数就结果就大于0.5,相反则小于0.5。
0.5就是决策边界,改变这个边界将影响到分类的结果。

当边界为0.5时,在逻辑函数里面就是假设函数为0的情况。

预测分类

Cost Function(代价函数):

逻辑回归代价函数

对数函数模型:

对数函数

代价函数分析:

逻辑回归-代价函数

逻辑回归-代价函数

精简版代价函数:

逻辑回归-代价函数

逻辑回归-代价函数

向量化:

逻辑回归-代价函数

Gradient Descent(梯度下降):

逻辑回归-梯度下降

多分类:One-vs-all

逻辑回归-多分类

我们先是选择一类,然后将所有的其它分到一个单一的二类。我们这样做是反复的,对每一种情况下应用二元逻辑回归,然后使用返回的最高值作为我们的预测的假设

2.Regularization(正则化)

正则化是设计来解决过度拟合的问题。

正则化线性回归-梯度下降

逻辑回归-正则化代价函数

逻辑回归-正则化代价函数1

正则化逻辑回归-代价函数

逻辑回归-正则化代价函数2

正则化逻辑回归-梯度下降

逻辑回归-正则化梯度下降

3.广义线性模型

逻辑回归与多重线性回归实际上有很多相同之处,最大的区别就在于它们的因变量不同,其他的基本都差不多。正是因为如此,这两种回归可以归于同一个家族,即广义线性模型(generalizedlinear model)。

这一家族中的模型形式基本上都差不多,不同的就是因变量不同。

1.如果是连续的,就是多重线性回归;

2.如果是二项分布,就是Logistic回归;

3.如果是Poisson分布,就是Poisson回归;

4.如果是负二项分布,就是负二项回归。

Logistic回归的因变量可以是二分类的,也可以是多分类的,但是二分类的更为常用,也更加容易解释。所以实际中最常用的就是二分类的Logistic回归。

Logistic回归的主要用途:

寻找危险因素:寻找某一疾病的危险因素等;

预测:根据模型,预测在不同的自变量情况下,发生某病或某种情况的概率有多大;

判别:实际上跟预测有些类似,也是根据模型,判断某人属于某病或属于某种情况的概率有多大,也就是看一下这个人有多大的可能性是属于某病。

Logistic回归主要在流行病学中应用较多,比较常用的情形是探索某疾病的危险因素,根据危险因素预测某疾病发生的概率,等等。例如,想探讨胃癌发生的危险因素,可以选择两组人群,一组是胃癌组,一组是非胃癌组,两组人群肯定有不同的体征和生活方式等。这里的因变量就是是否胃癌,即“是”或“否”,自变量就可以包括很多了,例如年龄、性别、饮食习惯、幽门螺杆菌感染等。自变量既可以是连续的,也可以是分类的。