岭回归是一种用于回归的线性模型,因此它的预测公式与普通最小二乘法相同。但在岭回归中,对系数(w)的选择不仅要在训练数据上得到好的预测结果,而且还要拟合附加约束。我们还希望系数尽量小。换句话说,w的所有元素都应接近于0.直观上来看,这意味着每个特征对输出的影响应尽可能小(即斜率很小),同时仍给出很好的预测结果。这种约束是所谓正则化(regularization)的一个例子。正则化是指对模型做显式约束,以避免过拟合。岭回归用到的这种被称为L2正则化。
岭回归在linear_model.Ridge中实现。来看一下它对扩展的波士顿房价数据集的效果如何:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import mglearn
from sklearn.linear_model import Ridge
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.model_selection import train_test_split

X, y = mglearn.datasets.load_extended_boston()
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, random_state=0)
ridge = Ridge().fit(X_train, y_train)
print("Training set score:{:.2f}".format(ridge.score(X_train, y_train)))
print("Test set score:{:.2f}".format(ridge.score(X_test, y_test)))

运行结果:

Training set score:0.67
Test set score:0.66

可以看出,Ridge在训练集上的分数要低于LinearRegression,但是在测试集上的分数更高。线性回归对数据存在过拟合。Ridge是一种约束更强的模型,所以更不容易过拟合。复杂度更小的模型意味着在训练集上的性能更差,但泛化性能更好。由于我们只对泛化性能感兴趣,所以应该选择Ridge模型而不是LinearRegression模型。
Ridge模型在模型的简单性(系数都接近于0)与训练集性能之间做出权衡。简单性和训练集性能二者对于模型的重要程度由于用户通过设置alpha参数来指定。在前面的例子中,我们用的是默认参数alpha=1.0。但没有理由认为这会给出最佳权衡。alpha的最佳设定值取决于用到的具体数据集。增大alpha会使得系数更加趋向于0,从而坚定训练集性能,但可能会提高泛化性能。例如:

ridge10 = Ridge(alpha=10).fit(X_train, y_train)
print("Training set score:{:.2f}".format(ridge10.score(X_train, y_train)))
print("Test set score:{:.2f}".format(ridge10.score(X_test, y_test)))

运行结果:

Training set score:0.67
Test set score:0.64

减小alpha可以让系数收到的限制更小。对于非常小的alpha值,系数几乎没有受到限制,我们得到一个与LinearRegression类似的模型:

ridge01 = Ridge(alpha=0.1).fit(X_train, y_train)
print("Training set score:{:.2f}".format(ridge01.score(X_train, y_train)))
print("Test set score:{:.2f}".format(ridge01.score(X_test, y_test)))