周志华 《机器学习》之 第三章(线性模型)概念总结

阅读之后,根据周志华老师对本章节的安排,首先从线性模型的基本形式入手,逐渐引入线性回归、对数几率回归、线性判别分析(LDA)、多分类学习等多种线性模型,最后针对类别不平衡问题总结了一些相关的解决思路
1)线性模型的基本形式
一般用向量形式写成

f(x)=wTx+b

线性模型形式简单、易于建模,却蕴涵着机器学习中的一些重要的基本思想。许多功能更为强大的线性模型(nonlinear model)可以在线性模型的基础上通过引入层级结构或者高维映射而得。
2)几种经典的线性模型( 线性回归、对数几率回归、线性判别分析、多分类学习

针对线性回归可以参阅如下文章:
http://blog.youkuaiyun.com/xiazdong/article/details/7950084 线性回归及梯度下降
http://blog.youkuaiyun.com/jzlxiaohei/article/details/8973410机器学习之线性回归

针对对数几率回归(逻辑回归)可参阅如下文章:
http://www.cnblogs.com/hustlx/p/5391772.html机器学习总结之逻辑回归Logistic Regression

线性判别分析 LDA
若将W视为一个投影矩阵,则多分类LDA将样本投影到N-1维空间,N-1通常远小于数据原有的属性数,于是,可通过这个投影来减小样本点的维数,且投影过程中使用了类别信息,因此LDA也常常被视为一种经典的监督降维技术。
http://www.cnblogs.com/LeftNotEasy/archive/2011/01/08/lda-and-pca-machine-learning.html 机器学习中的数学(4)-线性判别分析(LDA), 主成分分析(PCA)
http://blog.youkuaiyun.com/wzmsltw/article/details/51037725 logistics回归 与 线性判别分析(LDA)

多分类学习
现实中常遇到多分类学习任务,有些二分类学习方法可以直接推广到多分类,但在更多情形下,我们是基于一些基本策略,利用二分类学习器来解决多分类问题。
最经典的拆分策略:“一对一 OvO” “一对多 OvR” “多对多 MvM”
ECOC(纠错输出码) 是一种最常用的MvM技术。它是将编码的思想引入类别拆分,并尽可能在解码过程中具有容错性。

3)类别不平衡问题 就是指分类任务中不同类别的训练样例数目差别很大的情况

### 关于周志华机器学习》(西瓜书)第二章的学习笔记 #### 模型评估与选择概述 模型评估与选择是机器学习领域的重要组成部分,旨在通过合理的方法评价不同模型的表现并挑选最优者。这一过程不仅涉及如何衡量单个模型的好坏,还包括怎样对比多个候选方案以做出最佳决策。 #### 偏差、方差和噪声的概念解析 偏差度量了学习算法的期望预测与实际结果之间的差距,反映了算法自身的拟合精度;方差描述的是相同规模训练集变化引起的学习效果波动情况,体现了数据扰动带来的影响;而噪声则设定了给定任务下所有可能采用的学习方法能达到的最佳预期泛化误差界限,揭示了问题本身固有的复杂性和挑战性[^2]。 #### 性能度量指标——P-R图及其应用 为了更直观地展示各类分类器的工作特性,通常会绘制精确率-召回率(Precision-Recall, P-R)曲线来辅助分析。当面对多组实验结果时,可以通过观察这些图形相互间的位置关系来进行优劣评判:如果某条曲线始终位于另一条之上,则表明前者具有更好的整体表现;而对于那些存在交点的情况,则需进一步计算各自下方区域面积大小作为判断依据之一。此外,“平衡点”作为一种特殊的性能测度,在特定条件下也能提供有价值的参考信息[^3]。 #### 偏差-方差分解理论简介 该理论为理解学习算法的一般化能力提供了框架性的指导思路,通过对平均测试错误率实施拆分操作,可以深入剖析导致过拟合现象背后的原因所在,并据此探索改进措施的方向。具体而言,总误差由三部分构成——不可约减误差点(即噪声)、平方形式表达出来的偏差项以及线性累加而成的方差成分[^4]。 ```python import numpy as np from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import precision_recall_curve, auc def evaluate_model_performance(model, X, y): """ 计算并返回PR曲线下面积(AUC),用于量化模型的整体性能。 参数: model (object): 已经训练好的分类模型实例。 X (array-like of shape (n_samples, n_features)): 测试特征矩阵。 y (array-like of shape (n_samples,)): 对应的真实标签向量。 返回: float: PR AUC得分。 """ # 划分训练集/验证集 X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X, y, test_size=0.2) # 使用训练集拟合模型 model.fit(X_train, y_train) # 获取验证集中各观测对应的概率估计值 probas_pred = model.predict_proba(X_val)[:, 1] # 绘制PR曲线并求得AUC分数 precisions, recalls, _ = precision_recall_curve(y_val, probas_pred) pr_auc_score = auc(recalls, precisions) return pr_auc_score ```
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