Ridge Regression - 岭回归

岭回归在预测模型中用于处理自变量间的多重共线性问题,通过在最小二乘法的基础上添加惩罚项来避免矩阵不可逆的情况。这实际上是牺牲了无偏性以换取更小的方差。数学上,它引入了一个正参数k,调整后的目标函数为||Y-Xβ||^2 + k||β||^2,确保了估计系数的稳定。在岭回归中,模型的bias-variance tradeoff也得到了体现。

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Why 目的

predictors X之间存在严重的多重共线性(multicollinarity, 即自变量之间线性相关-correlation很高)时,会使得least-square(最小二乘法)计算公式 β^=(XTX)1XTY 中的 R=(XTX) 不可逆(成为了singulation 奇异值 即| XTX | = 0)从而最小二乘法失效。

What 本质是什么

给R内部加上一个惩罚项,使得R成为singulation的可能性大大降低。
本质还是bias – variance tradeoff,这次是牺牲unbias换取小variance。

How 具体是怎么解决的

先回顾一下。 ||a⃗ ||=(a10)2+(a20)2+...+(an0)2 n 维向量 a⃗  在笛卡尔坐标系的长度。因此最小二乘法的最小化的目标函数表示为 ||YXβ||2 ,得出的解为 β^=(XTX)1XTY 。但当 XTX 存在很严重的多重共线性时, XTX 会接近奇异, ||β^|| 值会变得很大,即使 ||β|| 本身并不大的情况下。因此我们可以把目标函数变为 ||YXβ||2+k||β||2,k>0. 时,引入的正惩罚项 k||β||2 使得得出的 β^ 长度不会太大,从而解决了严重多重共线性引入的问题。 注意要求X之前都standardized 了( XX¯sd(X)

### 回答1: 岭回归是一种线性回归的方法,它可以解决在样本量少于变量数的情况下出现的过拟合问题。该方法通过在回归中加入L2惩罚项来调整回归系数,从而使得模型更加简洁平滑。这种方法可以防止变量之间的多重共线性,并且在某些情况下可以提高模型的预测能力。 ### 回答2: 岭回归是一种预测模型,在多元线性回归分析中被用来解决共线性多重共线性问题。通常,这些问题会导致模型过拟合,即模型捕获了噪声而不是数据背后的真实关系。通过引入正则化项,岭回归可以压缩回归系数,达到减少预测误差提高模型精度的效果。 岭回归是由HoerlKennard在1970年发明的,其核心思想是在原有的普通最小二乘回归模型的基础上加入一个罚项。该罚项是λ乘以模型参数的平方,在不同的λ值下,岭回归可以得到多个不同的回归系数。λ的值越大,回归系数就越小,岭回归就越稳定。 另外,岭回归也可以通过最小化残差平方惩罚项之来求解回归系数。这样做相当于是在寻找最优解的同时,限制了参数的大小方差。因此,岭回归可以在样本量小特征数目大的情况下得到较为准确的结果,同时也可以处理响应变量预测变量之间的高度相关的情况。 总的来说,岭回归是一种灵活且有效的回归方法,可以有效地解决共线性多重共线性问题,提高模型的性能稳定性。岭回归可以应用于各行各业,例如金融、生物学、医学、社会科学等领域。 ### 回答3: 岭回归是一种线性回归模型,它通过在模型中加入惩罚项,来处理多重共线性问题。多重共线性的问题通常出现在自变量之间存在高度相关性的情况下,它会导致模型估计不稳定、方差很大或完全失效。 在岭回归中,我们通过加入一个惩罚项来避免过多依赖同一组自变量所引起的模型不稳定的问题。迭代求解过程中,我们先对数据进行标准化处理,然后选择一系列不同的正则化参数进行模型训练,最后通过交叉验证来选择一个最佳的正则化参数。最终得到的模型对线性回归进行了改进,提高了其在测试数据中的泛化能力稳定性。 岭回归与Lasso回归相似,但是它们在选择正则化参数时所使用的惩罚项不同。岭回归使用了L2正则化项,而Lasso回归使用的是L1正则化项。L2正则化项引入了自变量的平方,而L1正则化项取自变量绝对值之。这两个方法都可以有效地控制模型的复杂度。 岭回归模型优劣取决于正则化参数的选择。如果选择的正则化参数过小,岭回归就会失去对多重共线性的抑制作用,而过大的正则化参数又会导致模型对数据的拟合程度不佳。在实际应用中,我们往往采用交叉验证来选择最优正则化参数,以确保模型的稳定性泛化能力。
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