人工智能算法一&逻辑回归

简介

逻辑回归学习笔记

公式推导人工智能算法一&逻辑回归

概念引入

特殊处理二分类

两种分类的概率加起来为一。

二级分类函数推导

如果d大于0那么f=1,d<0的时候f=0。满足二级分类。

但是上面的情况有很多的不住，比如在一些特殊的情况存在误判，我们如果想要知道它的其他百分比不太好上面的公式。

我们平滑处理以后的图形如下：

可以看到，如果d=0的时候，f可以等于百分之50，比起百分之百，会更加的接近实际。要得到上面的图形，那么我们就需要特殊的公式。下图的公式就很符合上面的图形情况。

得到下面的图形：

下面的图形可以看到，当d特别小的时候对f的影响不大，d特别大的时候对于f的影响也不太大。可以看到f对于d的导数相识于正态分布。

下图对比线性回归公式：

他们的共同点还是动态的调整w的值得到误差最小的模型。

逻辑回归，就是想找到最适合w然后找到合适的直线把数据进行分类。

下图是求概率的公式和上面的分界线产生联系。

说明，当d越大的时候f也越大，也就是如果d越大f越接近1，如果d=0的时候，那么点就落在直线上面，那么f的概率就是百分之50,d越小,f的概率也就越小。

那么上面的逻辑就可以简化成下面的情况。找到合适的w,得到f的值和结果值y做比较得到最优的w。

对比下线性回归模型。求mse，如果mse越小，那么越接近真实的模型。

KL引入

但是逻辑回归不能使用mse进行判断相关性。因为对于逻辑回归求的是概率。求的是预测值和真实值之间的概率距离，那么我们就需要找其他符合条件的公式。那么这个也叫做KL距离。公式如下。

公式简化例子。

这里以 硬币的情况进行讲解KL公式的n就是硬币的情况n=2，那么下面这一段是正面的情况。

下面是反面的情况带入公式。

KL示例

如果两个硬币的概率一样，那么求出来的KL距离就是0，那么表示表示两个硬币没有差异，如果KL距离越大，那么表示两个硬币差异越大。

KL距离没有对称性

KL重点知识

由KL公式推导如下，如果想距离最小，那么p(x1)*log(gx1)越大才行，那么怎么越大呢? 当p(x1)越大的时候log(gx1)越大越好，当p(x1)越小，那么log(gx1)无所谓。也就是影响不大。

下面表示了在log(gx1)取值的时候，尽量的和p(x1)的最高峰接近，那么得到的KL才是最小的。下面的图相当于正太分布。

下面是对称的情况分析。

下面的1和2总会有一个地方为0。

公式推导结果

fi是预测值，yi是实际值，那么我们保证KL距离最短的时候，那么模型就越好，预测的也就越准确。那么怎么让KL距离最小，这里也是根据改变w的值得到KL的最小值，那么就用到了求导数的思想。动态（机器学习模型）调整w的值，得到KL的最小值。

训练模型例子

准备数据

[[5.072824661881029, 0.9554537337012714], [1]]
[[4.188466461361219, 0.5667718021758161], [1]]
[[8.553753236611271, 1.2311797292411786], [1]]
[[8.399890910172047, 5.218741141312262], [1]]
[[4.6696214756092225, 0.8588349524602856], [1]]

训练代码

# -*- encoding:utf-8 -*-
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split 
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.model_selection import cross_val_predict
from numpy import shape
from sklearn import metrics
from sklearn.metrics import log_loss
import numpy as np
def read_data(path):
    with open(path) as f :
        lines=f.readlines()
    lines=[eval(line.strip()) for line in lines]
    X,y=zip(*lines)
    X=np.array(X)
    y=np.array(y)
    return X,y
def curve(x_train,w,w0):
    results=x_train.tolist()
    for i in range(0,100):
        x1=1.0*i/10
        x2=-1*(w[0]*x1+w0)/w[1]
        results.append([x1,x2])
    results=["{},{}".format(x1,x2) for [x1,x2] in results]
    return results    
    
# [[5.072824661881029, 0.9554537337012714], [1]]
# [[4.188466461361219, 0.5667718021758161], [1]]
# [[8.553753236611271, 1.2311797292411786], [1]]
# [[8.399890910172047, 5.218741141312262], [1]]
# [[4.6696214756092225, 0.8588349524602856], [1]]
X_train,y_train=read_data("train_data")
# 得到的数据为X_train
#[[5.072824661881029, 0.9554537337012714],[4.188466461361219, 0.5667718021758161]]
# 得到的数据为y_train
#[[1],[1]]
X_test,y_test=read_data("test_data")
 
 
model = LogisticRegression()
model.fit(X_train, y_train)
 
print ("w",model.coef_)
print ("w0",model.intercept_)

y_pred = model.predict(X_test)
print (y_pred)
# y_pred=model.predict_proba(X_test)
# print (y_pred)
#loss=log_loss(y_test,y_pred)
#print "KL_loss:",loss
#loss=log_loss(y_pred,y_test)
#print "KL_loss:",loss
'''
curve_results=curve(X_train,model.coef_.tolist()[0],model.intercept_.tolist()[0])
with open("train_with_splitline","w") as f :
    f.writelines("\n".join(curve_results))
'''

 
 

测试数据集

[[2.0302730822301243, 8.500674268294649], [0]]
[[5.41598580690089, 3.409921657890002], [1]]
[[2.815123502020228, 9.852594446340593], [0]]
[[8.873339534995086, 1.2717021691735864], [1]]
[[0.1584904464785053, 6.756524714523492], [0]]
[[4.563656663493982, 7.1748207697532855], [0]]

二类区分

得到结果，可以看到实际值和预测值很像，说明模型训练得很好

二类区分概率表示

逻辑回顾可以处理分类的问题 。

# -*- encoding:utf-8 -*-
from sklearn import datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split 
from sklearn.linear_model import LogisticRegression
from sklearn.model_selection import cross_val_predict
from numpy import shape
from sklearn import metrics
from sklearn.metrics import log_loss
import numpy as np
def read_data(path):
    with open(path) as f :
        lines=f.readlines()
    lines=[eval(line.strip()) for line in lines]
    X,y=zip(*lines)
    X=np.array(X)
    y=np.array(y)
    return X,y
def curve(x_train,w,w0):
    results=x_train.tolist()
    for i in range(0,100):
        x1=1.0*i/10
        x2=-1*(w[0]*x1+w0)/w[1]
        results.append([x1,x2])
    results=["{},{}".format(x1,x2) for [x1,x2] in results]
    return results    
    
# [[5.072824661881029, 0.9554537337012714], [1]]
# [[4.188466461361219, 0.5667718021758161], [1]]
# [[8.553753236611271, 1.2311797292411786], [1]]
# [[8.399890910172047, 5.218741141312262], [1]]
# [[4.6696214756092225, 0.8588349524602856], [1]]
X_train,y_train=read_data("train_data")
# 得到的数据为X_train
#[[5.072824661881029, 0.9554537337012714],[4.188466461361219, 0.5667718021758161]]
# 得到的数据为y_train
#[[1],[1]]
X_test,y_test=read_data("test_data")
 
 
model = LogisticRegression()
model.fit(X_train, y_train)
 
print ("w",model.coef_)
print ("w0",model.intercept_)

y_pred = model.predict(X_test)
# print (y_pred)
#打印出概率百分比
y_pred=model.predict_proba(X_test)
print (y_pred)
#loss=log_loss(y_test,y_pred)
#print "KL_loss:",loss
#loss=log_loss(y_pred,y_test)
#print "KL_loss:",loss
'''
curve_results=curve(X_train,model.coef_.tolist()[0],model.intercept_.tolist()[0])
with open("train_with_splitline","w") as f :
    f.writelines("\n".join(curve_results))
'''

 
 

结果

用途

广告点击预测

文章审阅

多分类模型

多分类的时候可以使用二分类以后，然后排序得到最大的，那么这个x就属于哪一个类别。

数据不均衡的问题

逻辑回归形象的比较， 所有的点都把线往外面推知道平衡为止。

出现数据不平衡的时候，对于少出现的数据，增大数据量的方式。

逻辑回归评测

准确率和召回率

不妨举这样一个例子：某池塘有1400条鲤鱼，300只虾，300只鳖。现在以捕鲤鱼为目的。撒一大网，逮着了700条鲤鱼，200只虾，100只鳖。那么，这些指标分别如下：

正确率 = 700 / (700 + 200 + 100) = 70%

召回率 = 700 / 1400 = 50%

不妨看看如果把池子里的所有的鲤鱼、虾和鳖都一网打尽，这些指标又有何变化：

正确率 = 1400 / (1400 + 300 + 300) = 70%

召回率 = 1400 / 1400 = 100%

AOC和ROC

AOC是ROC内部的面积，AOC越大区分度越高，上面model1正式0.4负是0.2，中间可以用0.3区分，下面的就不能够区分正负。

结论