正规方程(含推导过程) from 吴恩达的机器学习

正规方程(Normal equations)推导过程 正规方程是线性回归问题中区别于梯度下降的一种求解代价函数J(θ)最小值的方法。 首先将代价函数转换为矩阵形式: 欲求J(θ)最小值,只需令: ▽θJ(θ)=0 ▽_\theta J(\theta) = 0 ▽θ​J(θ)=0 推导过程: 第三个等式由来:一个实数的迹即其本身。 第四个等式由来: (1)            trA=trAT (1)\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\, tr A = tr A^T (1)trA=trAT (2)              tryTy=0 (2 阅读详情
AI摘要

本文介绍了正规方程在多变量线性回归中的应用及其推导过程。正规方程能够直接求解参数,避免了梯度下降法中需要选择学习率和多次迭代的问题。适合于特征变量数量不多的情况。


正规方程是通过求解下面的方程来找出使得代价函数最小的参数的:
假设我们的训练集特征矩阵为X(包含了 )并且我们的训练集结果为向量 y,则利用正规方程解出向量:

                                                                                         **********

例:



正规方程推导过程

参考:https://blog.youkuaiyun.com/chenlin41204050/article/details/78220280

多变量线性回归代价函数为:

其中: 

正规方程是通过求解下面的方程来找出使得代价函数最小的参数:

设有m个训练实例,每个实例有n个特征,则训练实例集为:

这里写图片描述 
其中这里写图片描述表示第i个实例第j个特征。

特征参数为:

这里写图片描述

输出变量为:

这里写图片描述

故代价函数为:

这里写图片描述

进行求导,等价于如下的形式:

这里写图片描述

求导公式:



  • 其中第一项:

这里写图片描述

  • 第二项:

这里写图片描述 
该矩阵求导为分母布局下的标量/向量形式: 
故有, 
这里写图片描述

  • 第三项:

这里写图片描述 
该矩阵求导为分母布局下的标量/向量形式: 
故有: 
这里写图片描述

  • 第四项:

这里写图片描述 
其中这里写图片描述为标量,可看成一个常数。 
该矩阵求导为分母布局下的标量/向量形式: 
故有: 
这里写图片描述

综上,正规方程为:

这里写图片描述

最终可得特征参数的表示:

这里写图片描述




梯度下降与正规方程的比较:

梯度下降

正规方程

需要选择学习率

不需要

需要多次迭代

一次运算得出

当特征数量n大时也能较好适用


需要计算如果特征数量n较大则运算代价大,因为矩阵逆的计算时间复杂度为 ,通常来说当n小于10000 时还是可以接受的

适用于各种类型的模型

只适用于线性模型,不适合逻辑回归模型等其他模型

总结:

只要特征变量的数目并不大,标准方程是一个很好的计算参数的替代方法。具体地说,只要特征变量数量小于一万,通常使用标准方程法,而不使用梯度下降法。


正规方程(Normal Equation)推导 正规方程作为处理回归问题的一种一步到位的方法,对于特征数不是很大的训练集简单且实用,它实质上是一种最小二乘法的应用,推导过程如下。 首先,线性回归的代价方程为: 我们的目的是:得到这么一个向量,使得取最小值。 已知条件:是一个凸函数。 令: ... 阅读详情

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