岭回归(ridge regression)

本文介绍如何使用岭回归解决线性回归中因自变量间高度多重共线性及自变量数量过多导致的系数无解问题。通过在X'X基础上添加小扰动λ来确保矩阵可逆,并给出了具体的实现代码。

岭回归一般可以用来解决线性回归模型系数无解的两种情况。
一方面是自变量间存在高度多重共线性另一方面则是自变量个数大于等于观测个数。


即在X’X的基础上加上一个较小的lambda扰动

  • cv::Mat RidgeRegression(cv::Mat D, cv::Mat Y)

  • {

    • float lamda = 0.01;

    • cv::Mat tranD = D.t();

    • cv::Mat I = cv::Mat::eye(D.cols,D.cols,CV_32F);

    • cv::Mat tmp = tranD*D+lamda*I;

    • cv::Mat invtmp = tmp.inv(DECOMP_SVD);

    • cv::Mat W = invtmp * tranD* Y;

    • return W;

  • }


 
  •  
  • def ridgeRegres(xMat,yMat,lam=0.2):

    • xTx = xMat.T*xMat

    • denom = xTx + np.eye(np.shape(xMat)[1])*lam

    • if np.linalg.det(denom) == 0.0:

      • print("This matrix is singular, cannot do inverse")

      • return

    • ws = denom.I * (xMat.T*yMat)

    • return ws

 

 

 

 

 

<think>嗯,用户想了解岭回归的概念、实现方法和使用场景。首先,我需要回顾一下岭回归的基本定义。岭回归是一种处理多重共线性数据的回归方法,通过加入L2正则化项来防止过拟合,对吧?记得标准线性回归的解析解是$(X^T X)^{-1} X^T y$,但当数据存在多重共线性时,$X^T X$可能不可逆,导致解不稳定。这时候岭回归就派上用场了,它在代价函数里加了一个$\alpha \|w\|^2$,这样即使$X^T X$不可逆,加上$\alpha I$后矩阵就变成可逆的了。 接下来是实现方法。用户可能想知道如何在Python中实现岭回归,比如用scikit-learn库里的Ridge类。需要提到参数alpha的作用,调整alpha可以控制正则化的强度。可能还要提到交叉验证,比如RidgeCV来自动选择最佳的alpha值。另外,核岭回归也是一个扩展,结合核方法处理非线性问题,这部分可以引用用户提供的引用[4],里面提到了GridSearchCV来寻找最优超参数。 使用场景方面,用户提到的多重共线性数据、特征数多于样本数的情况,以及防止过拟合都是经典的应用场景。需要举一些实际的例子,比如经济数据、基因表达数据等,这样用户更容易理解。另外,对比标准线性回归和岭回归在不同场景下的表现也很重要。 用户提供的引用里有几个关键点需要整合。引用[1]和[2]解释了岭回归的基本概念和目的,引用[3]提到了标准线性回归的解析解,而引用[4]给出了核岭回归的实现示例。需要确保在回答中正确引用这些内容,比如在代价函数部分引用[3],在实现部分引用[1]和[4]。 可能还需要考虑用户的实际需求,比如他们是否在处理高维数据,或者是否遇到了过拟合的问题。因此,在回答中应该涵盖如何选择alpha值、模型评估指标(如MSE和R²),以及交叉验证的重要性。用户的问题可能不仅仅停留在理论层面,更关心实际应用,所以代码示例和调参技巧会是重点。 最后,生成的相关问题需要围绕用户可能进一步想了解的内容,比如岭回归与Lasso回归的区别,如何选择alpha值,或者与其他正则化方法的对比。这些问题可以帮助用户深入学习和应用岭回归。</think>### 岭回归Ridge Regression)详解 #### 1. **核心概念** 岭回归是一种线性回归的改进方法,通过引入**L2正则化项**解决多重共线性问题。其代价函数为: $$J(w) = \|y - Xw\|^2 + \alpha \|w\|^2$$ - **$\alpha \|w\|^2$**:L2正则化项,控制参数$w$的复杂度 - **$\alpha$(alpha)**:正则化强度参数,值越大惩罚越强[^2] 当数据中存在多重共线性(特征高度相关)时,标准线性回归的解析解$w = (X^T X)^{-1} X^T y$可能因$X^T X$不可逆而失效,而岭回归通过添加$\alpha I$确保矩阵可逆[^3]。 --- #### 2. **实现方法** ##### Python实现(scikit-learn库): ```python from sklearn.linear_model import Ridge import numpy as np # 生成示例数据 X = np.random.rand(100, 5) y = X @ np.array([1, 2, 3, 4, 5]) + np.random.normal(0, 0.1, 100) # 创建模型(alpha=1.0) model = Ridge(alpha=1.0) model.fit(X, y) # 预测与评估 y_pred = model.predict(X) print("系数:", model.coef_) ``` ##### 关键参数说明: - **alpha**:通过交叉验证(如`RidgeCV`)选择最优值 - **solver**:求解器选择('auto'、'svd'、'cholesky'等) - **normalize**:是否标准化输入数据(已弃用,建议手动预处理) ##### 核岭回归(非线性扩展): 通过引入核函数处理非线性关系(如RBF核)[^4]: ```python from sklearn.kernel_ridge import KernelRidge kr = KernelRidge(alpha=1.0, kernel='rbf') ``` --- #### 3. **使用场景** | 场景类型 | 说明 | |--------------------|----------------------------------------------------------------------| | 多重共线性数据 | 当特征间相关性>0.8时优先使用 | | 高维数据 | 特征数>样本数时(如基因表达数据) | | 防止过拟合 | 当训练集表现远优于测试集时 | | 参数稳定性需求 | 需要更稳定的系数估计(相比标准线性回归) | --- #### 4. **与其他方法对比** | 方法 | 正则化类型 | 特征选择 | 稀疏解 | |---------------|------------|----------|--------| | 标准线性回归 | 无 | 无 | 否 | | 岭回归 | L2 | 无 | 否 | | Lasso回归 | L1 | 有 | 是 | ---
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