matlab 梯度下降 线性回归

本演示通过Matlab代码展示了如何使用梯度下降法进行线性回归分析。代码中定义了数据集,并通过迭代更新权重参数来拟合一条最佳直线。演示过程中还包括了可视化步骤,可以观察到权重调整的过程。
### 如何在 MATLAB 中实现梯度下降算法进行线性回归 #### 实现概述 为了实现在MATLAB中的多元线性回归并利用梯度下降方法对其进行训练,需先掌握该类模型及其背后优化策略的基础概念[^1]。 #### 初始化数据集与参数设定 开始之前要准备合适的数据集合初始化必要的超参。这里假设有了一组输入特征`X`和对应的输出标签`Y`: ```matlab % 假设 X 是 n×m 的矩阵 (n 行 m 列),代表有 n 个样本点,每个样本含有 m 个属性; % Y 是长度为 n 的向量,对应于上述每一样本的目标值。 ``` 接着定义一些初始条件如学习率α、迭代轮数iterNums以及权重θ(即theta),其中θ通常会随机赋初值或全部置零。 ```matlab alpha = 0.01; % 学习速率 iterations = 500; % 设定最大迭代次数 theta = zeros(m, 1); % 参数初始化为全零列向量 ``` #### 计算代价函数 J(θ) 对于给定的θ计算当前预测误差平方和均值作为成本衡量标准J(θ): ```matlab function cost = computeCost(X, y, theta) predictions = X * theta; sqrErrors = (predictions - y).^2; cost = sum(sqrErrors) / (2*length(y)); end ``` 此部分实现了对现有参数下整体偏差程度的一个量化指标[^4]。 #### 执行批量梯度下降更新规则 核心在于按照如下公式循环调整各维度上的权值直至收敛: \[ \text{repeat until convergence } \{ \quad \theta_j := \theta_j - \frac{\alpha}{m} \sum_{i=1}^{m}(h_\theta(x^{(i)})-y^{(i)})x_j^{(i)} \} \] 具体到代码层面表现为: ```matlab for iter = 1:iterations h = X * theta; % 预测值 error = h - y; % 当前估计同实际观测间的差距 gradient = (error' * X)' ./ size(X, 1); theta = theta - alpha .* gradient; % 可选:记录每次迭代后的cost变化趋势以便后续分析 costs(iter) = computeCost(X, y, theta); end ``` 这段程序片段执行了完整的梯度下降过程,并逐步逼近最优解使得总loss尽可能低至约等于 `0.011024` ,得到近似的线性表达式 \(y = 1.49x + 104.89\) [^2]。 #### 绘制拟合曲线对比原始散点图 完成以上步骤后可绘制图像直观展示效果: ```matlab figure(); scatter(x(:,2), data, [], linspace(1,10,length(data))); hold on; plot(x(:,2), X*theta,'LineWidth',2); title('Fit','FontWeight','bold'); legend(['Data'],['Fitted Line']); xlabel('Input Feature'); ylabel('Target Value'); grid on; hold off; ``` 这一步骤有助于验证所得结果合理性并通过图形化方式呈现出来[^3]。
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