==================Classification=======================

1.假设随Tumor Size变化,预测病人的肿瘤是恶性(malignant)还是良性(benign)的情况。

给出8个数据如下:

statalogistic回归_线性回归



2.假设进行linear regression得到的hypothesis线性方程如上图中粉线所示,则可以确定一个threshold:0.5进行predict

y=1, if h(x)>=0.5

y=0, if  h(x)<0.5

即malignant=0.5的点投影下来,其右边的点预测y=1;左边预测y=0;则能够很好地进行分类。

那么,如果数据集是这样的呢?

statalogistic回归_线性回归_02



这种情况下,假设linear regression预测为蓝线,那么由0.5的boundary得到的线性方程中,不能很好地进行分类(5,6个点均不能满足)。因为不满足

y=1, h(x)>0.5

y=0, h(x)<=0.5

============Hypothesis Representation==================

1.logistic regression model

statalogistic回归_statalogistic回归_03

 

statalogistic回归_statalogistic回归_04

注意:

statalogistic回归_参数优化_05

 

========================Decision Boundary =================================

1.logistic regression model的深入解释

statalogistic回归_线性回归_06

2.所谓Decision Boundary就是能够将所有数据点进行很好地分类的h(x)边界。

如下图所示,假设形如h(x)=g(θ0+θ1x1+θ2x2)的hypothesis参数θ=[-3,1,1]T, 则有

predict Y=1, if -3+x1+x2>=0

predict Y=0, if -3+x1+x2<0

刚好能够将图中所示数据集进行很好地分类

statalogistic回归_数据集_07

3.小问题,注意,所有逻辑回归都这么处理。参见(1.logistic regression model的深入解释)

 

statalogistic回归_statalogistic回归_08


4.除了线性boundary还有非线性decision boundaries,比如

statalogistic回归_statalogistic回归_09

。训练集的作用

就是找这些参数θ。但这个曲线该怎么找??由此可见,logistic regression 的

boundary可以是任意的曲线。而所谓的线性可分、不可分实则指的就是

boundary是否为线性或非线性(参数),而不是logistic函数自身。下图中,

进行分类的decision boundary就是一个半径为1的圆,如图所示:

statalogistic回归_参数优化_10

======================Cost Function=====================

1.问题提出,如何求参数θ?但这个曲线该怎么找??

statalogistic回归_数据集_11


2.对于logistic regression其COST函数不能像线性回归的最小二乘那样

选择。因为其 logistic是非线性函数。非要这样取的话,COST函数是非凸

函数,见下图。无法用梯度下降求极值。

statalogistic回归_statalogistic回归_12

3.logistic regression其COST函数的定义。在给定了h(θ,x),y后,其COST函数

值即可确定。注意:h(θ,x)为logistic曲线,其取值范围在0-1之间。

statalogistic回归_数据集_13

4.当h(θ,x)接近1,而y=1,表明分类正确,故不“惩罚”,COST=0;

反之,h(θ,x)接近0,而y=1,,表明分类错误,故大大“惩罚”,COST=无限大;

statalogistic回归_线性回归_14

同理对y=0

statalogistic回归_参数优化_15

5.小题目

statalogistic回归_线性回归_16

===========Simplified Cost Function and Gradient Descent==============

1.求出最小J(θ)时的θ,然后计算h(θ,x),若其>=0.5(或θTx>=0),则y=1;否则y=0.


参考logistic regression model

 

statalogistic回归_statalogistic回归_17

2.不管h(x)的表达式是线性的还是logistic regression model, 都能得到如下的参数更新过程。

statalogistic回归_参数优化_18

statalogistic回归_线性回归_19


写的详细些:

statalogistic回归_线性回归_20


3.归一化(Feature scaling)同样会使得logistic regression 跑的更快。

=============Advanced Optimization ==================

1.除了gradient descent 方法之外,我们还有很多方法可以使用,如下图所示,

左边是另外三种方法,右边是这三种方法共同的优缺点,无需选择学习率α,更快,

但是更复杂。

statalogistic回归_线性回归_21

2.代码小例

statalogistic回归_数据集_22

 

3.实际matlab中已经帮我们实现好了一些优化参数θ的方法,那么这里我们需要完成的事情

只是写好cost function,并告诉系统,要用哪个方法进行最优化参数。比如我们用‘GradObj’

, Use the GradObj option to specify that FUN also returns a second output argument

G that is the partial derivatives of the function df/dX, at the point X.


statalogistic回归_参数优化_23


函数costFunction, 定义jVal=J(θ)和对两个θ的gradient:

function [ jVal,gradient ] = costFunction( theta )
%COSTFUNCTION Summary of this function goes here
%   Detailed explanation goes here

jVal= (theta(1)-5)^2+(theta(2)-5)^2;

gradient = zeros(2,1);
%code to compute derivative to theta
gradient(1) = 2 * (theta(1)-5);
gradient(2) = 2 * (theta(2)-5);

end

 

编写函数Gradient_descent,进行参数优化


function [optTheta,functionVal,exitFlag]=Gradient_descent( )
%GRADIENT_DESCENT Summary of this function goes here
%   Detailed explanation goes here

 options = optimset('GradObj','on','MaxIter',100);
 initialTheta = zeros(2,1)
 [optTheta,functionVal,exitFlag] = fminunc(@costFunction,initialTheta,options);
  
end

 

 matlab主窗口中调用,得到优化厚的参数(θ1,θ2)=(5,5),即hθ(x)=θ1x1+θ2x2=5*x1+5*x2

 

[optTheta,functionVal,exitFlag] = Gradient_descent()

initialTheta =

     0
     0


Local minimum found.

Optimization completed because the size of the gradient is less than
the default value of the function tolerance.

<stopping criteria details>


optTheta =

     5
     5


functionVal =

     0


exitFlag =

     1

 



===========Multiclass Classification: One-vs-all =================

1.所谓one-vs-all method就是将binary分类的方法应用到多类分类中。

比如我想分成K类,那么就将其中一类作为positive,另(k-1)合起来作为negative,

这样进行K个h(θ)的参数优化,每次得到的一个hθ(x)是指给定θ和x,它属于positive的

类的概率。按照上面这种方法,给定一个输入向量x,获得最大hθ(x)的类就是

x所分到的类。

statalogistic回归_线性回归_24

statalogistic回归_statalogistic回归_25