对代价函数的理解

至今看到很多paper中优化的时候就会有一个代价函数(Cost Function),之前一直在琢磨这个问题,请教了一些同学。不知道是说的太抽象还是怎么回事就是理解不了,今天通过一个例子明白了这个东东。举个例子吧。


简单的,就是一个变量做回归的时候。

M个样本,分别是(x1,y1),(x2,y2)。。。。(xM,yM)。

我使用的模型是f=kx。

那么得到一个方程F = kx1+kx2+...kxM。

我回归的时候为了让误差小,得到一个方程

C = kx1-y1 + kx2-y2+....

我的目标肯定是让C最小,来达到让样本拟合。这个时候C就是cose function。

个人理解就是为了让自己的模型和真实的值得差更小,这个差就是cost function。

### 代价函数与损失函数的关系及区别 #### 定义区分 损失函数(Loss Function)用于衡量单个样本的真实值 \( y \) 和模型预测值 \( h(x) \) 的差异程度。其核心作用是对单一数据点上的误差进行量化[^2]。 而代价函数(Cost Function),通常是在整个训练集上定义的一个全局指标,表示的是所有样本的平均损失或者总损失。它反映了模型在整个数据分布中的表现优劣,并作为优化过程的目标被最小化[^1]。 #### 数学表达形式对比 对于线性回归而言,假设我们有 m 个训练样例,则对应的损失函数可能是简单的平方差: \[ L(y, h(x)) = (y - h(x))^2 \] 相应的代价函数会考虑全部的数据集合,比如采用均方误差的形式来计算整体的表现: ```python def cost_function_mse(predictions, actuals): mse = ((predictions - actuals)**2).mean() return mse ``` 上述代码展示了如何基于一组预测值和实际值计算均方误差(MSE)。 在更复杂的场景下,例如逻辑回归中使用的交叉熵作为代价函数时,其公式如下所示: \[ J(\theta)=-\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}[y^{(i)}log(h_\theta(x^{(i)}))+(1-y^{(i)})log(1-h_\theta(x^{(i)}))] \] 这里 J 表达的就是综合多个样本之后形成的总体评估标准——即代价函数。 #### 联系分析 两者紧密相连,在很多情况下它们甚至可以互换使用。实际上,大多数时候提到“loss function”,如果上下文中未特别强调针对个体还是群体的话,默认指代的就是cost function的概念范围内的东西[^3]。 然而严格意义上讲,只有当讨论具体到每一个单独实例层面的时候才应该称之为 loss function;一旦上升至批次乃至全体训练集中考量时就应当称为 cost function 或 objective function了。 另外值得注意的一点是,在构建最终的目标函数过程中,除了基本的损失部分外还可能加入额外约束条件如正则化项(regularization term),这使得完整的优化目标不仅仅局限于原始意义上的成本度量而是扩展到了更加广泛的范畴内。 ### 总结 综上所述,虽然损失函数和代价函数存在一定的相似之处并经常共同出现于各种算法设计之中,但从概念界定上看二者各自侧重不同方面且适用场合有所差异。理解这些细微却重要的差别有助于更好地掌握机器学习理论基础以及实践应用技巧[^2]。
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