隨機梯度下降法

分類： Algorithm 2014-07-26 21:45 98人閱讀 評論(0) 收藏 舉報 python算法迭代斯坦福大學機器學習

剛剛看完斯坦福大學機器學習第四講（牛頓法），也對學習過程做一次總結吧。

一、誤差準則函數與隨機梯度下降：

數學一點將就是，對于給定的一個點集（X，Y），找到一條曲線或者曲面，對其進行擬合之。同時稱X中的變量為特征（Feature)，Y值為預測值。

如圖：

一個典型的機器學習的過程，首先給出一組輸入數據X，我們的算法會通過一系列的過程得到一個估計的函數，這個函數有能力對沒有見過的新數據給出一個新的估計Y，也被稱為構建一個模型。

我們用X1、X2...Xn 去描述feature里面的分量，用Y來描述我們的估計，得到一下模型：

我們需要一種機制去評價這個模型對數據的描述到底夠不夠準確，而采集的數據x、y通常來說是存在誤差的（多數情況下誤差服從高斯分布），于是，自然的，引入誤差函數：

關鍵的一點是如何調整theta值，使誤差函數J最小化。J函數構成一個曲面或者曲線，我們的目的是找到該曲面的最低點：

假設隨機站在該曲面的一點，要以最快的速度到達最低點，我們當然會沿著坡度最大的方向往下走（梯度的反方向）

用數學描述就是一個求偏導數的過程：

這樣，參數theta的更新過程描述為以下：

? ?（α表示算法的學習速率）

二、算法實現與測試：

通過一組數據擬合 y = theta1*x1 +theta2*x2

[python] view plaincopyprint?

#Python?3.3.5??

#?matrix_A??訓練集??

matrix_A?=?[[1,4],?[2,5],?[5,1],?[4,2]]??

Matrix_y?=?[19,26,19,20]??

theta?=?[2,5]??

#學習速率??

leraing_rate?=?0.005??

loss?=?50??

iters?=?1??

Eps?=?0.0001??

while?loss>Eps?and?iters?<1000?:??

????loss?=?0??

????for?i?in?range(3)?:??

????????h?=?theta[0]*matrix_A[i][0]?+?theta[1]*matrix_A[i][1]???

????????theta[0]?=?theta[0]?+?leraing_rate*(Matrix_y[i]-h)*matrix_A[i][0]??

????????theta[1]?=?theta[1]?+?leraing_rate*(Matrix_y[i]-h)*matrix_A[i][1]??

????for?i?in?range(3)?:??

????????Error?=?0??

????????Error?=?theta[0]*matrix_A[i][0]?+?theta[1]*matrix_A[i][1]?-?Matrix_y[i]??

????????Error?=?Error*Error??

????????loss?=?loss?+Error??

????iters?=?iters?+1??

print?('theta=',theta)??

print?('iters=',iters)??

#Python 3.3.5 # matrix_A ?訓練集 matrix_A = [[1,4], [2,5], [5,1], [4,2]] Matrix_y = [19,26,19,20] theta = [2,5] #學習速率 leraing_rate = 0.005 loss = 50 iters = 1 Eps = 0.0001 while loss>Eps and iters <1000 :loss = 0for i in range(3) :h = theta[0]*matrix_A[i][0] + theta[1]*matrix_A[i][1]?theta[0] = theta[0] + leraing_rate*(Matrix_y[i]-h)*matrix_A[i][0]theta[1] = theta[1] + leraing_rate*(Matrix_y[i]-h)*matrix_A[i][1]for i in range(3) :Error = 0Error = theta[0]*matrix_A[i][0] + theta[1]*matrix_A[i][1] - Matrix_y[i]Error = Error*Errorloss = loss +Erroriters = iters +1 print ('theta=',theta) print ('iters=',iters)求解結果： [python] view plaincopyprint?

>>>???

theta=?[2.9980959216157945,?4.001522800837675]??

iters=?75??

>>> theta= [2.9980959216157945, 4.001522800837675] iters= 75但如果對輸入數據添加一些噪聲

[python] view plaincopyprint?

matrix_A?=?[[1.05,4],?[2.1,5],?[5,1],?[4,2]]??

matrix_A = [[1.05,4], [2.1,5], [5,1], [4,2]]求解結果為：

[python] view plaincopyprint?

>>>???

theta=?[3.0095950685197725,?3.944718521027671]??

iters=?1000??

>>> theta= [3.0095950685197725, 3.944718521027671] iters= 1000可見在有噪聲的情況下，要及時調整模型誤差精度、迭代次數上限，一期達到我們的需求。

以上圖片和公式均摘自：梯度下降法http://blog.csdn.net/zbc1090549839/article/details/38149561

總結

以上是生活随笔為你收集整理的随机梯度下降法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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