机器学习入门教程

【原理】线性回归-模型原理

作者 : 老饼 发表日期 : 2022-11-23 03:49:07 更新日期 : 2025-03-30 13:35:32
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线性回归模型是机器学习中最简单的模型,它用线性关系去拟合变量与因变量之间的关系

线性回归虽然简单,但包含了机器学习的精髓,学好线性回归模型,是入门机器学习的基石

本文讲解线性回归的原理,包括模型思想、模型表达式、损失函数和求解方法等





  01. 线性回归的原理与思想  




本节通过介绍线性回归的思想,进一步学习线性回归原理





     线性回归-原理与思想     


线性回归模型的思想原理是希望找到一条直线(平面或超平面)去拟合样本数据点
最佳拟合时,直线与样本的总均方误差最小
在x为一维时,y 与 x 组成二维平面时,可如下理解: 
  线性回归模型以一条直线拟合数据,如下:
 
线性回归模型的几何意义
 
线性回归的拟合目标是总均方误差最小,如下:
 
线性回归的拟合目标 








  02. 线性回归-模型表达式与损失函数  




本节介绍线性回归的模型表达式与损失函数





     线性回归-模型表达式与损失函数     


 线性回归-模型表达式
 线性回归的模型表达式如下:
 

 
线性回归-损失函数

 
 线性回归的损失函数为模型预测值与真实值的均方差,如下:

   
 备注:上标 (i) 代表第i个样本,m为样本个数,n为变量个数





     线性回归-矩阵形式     


为书写方便,线性回归的模型和损失函数往往写成矩阵形式

 
线性回归的模型表达式矩阵形式如下:
 

 
 
线性回归的损失函数矩阵形式如下:
 
✍️说明
 
矩阵形式中的X是在原变量再加上一列常数1:  
 W也比对应地比原来的多一个,这样做的目的是把 b揉进了W里
如下所示:
 









  03. 线性回归的模型求解  





本节讲解线性回归模型的系数求解方法





      线性回归-模型求解     


线性回归模型的求解,直接使用最小二乘法求解就可以
 
最小二乘法的求解公式如下:
 
 最小二乘法的求解公式
 使用该公式即可求得令线性回归损失函数L(W)取得最小值的W
关于最小二乘法的原理,可以参考《最小二乘法







好了,以上就是线性回归的模型原理的主要内容











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