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  • 机器学习的讲义,主要介绍利用矩阵和最大似然估计推导最小均方误差函数
  • 均方误差代数函数小结

    千次阅读 2019-11-01 14:21:51
    本文将从代价函数的个人理解,均方误差代数函数作用原理以及在线性回归问题中为什么选择均方误差代数函数阐述。 1、代价函数的理解: 代价函数:真实的值与预测的值之间的偏差,由于偏差有可能正有可能负,因此使用...

    在机器学习中,线性回归、逻辑回归问题总是绕不开代价函数。本文将从代价函数的个人理解均方误差代数函数作用原理以及在线性回归问题中为什么选择均方误差代数函数阐述。

    1、代价函数的理解:

    代价函数:真实的值与预测的值之间的偏差,由于偏差有可能正有可能负,因此使用均方差来表示。代价函数的目的即用于找到最优解。

    损失函数Loss Function:定义在单个样本上,算的是一个样本的误差。
    代价函数Cost Function:定义在整个训练集上,算的是所有样本的误差,也就是损失函数的平均。
    目标函数Object Function:定义为最终需要优化的函数。
    Object Function = Cost Function(经验风险) + 正则化项(结构风险)

    2、均方误差代数函数作用原理:

    对于回归问题,代价函数常选择均方误差函数。下面阐述其作用原理:
    对于假设函数: h θ ( x ) = θ 0 + θ 1 x h_{\theta}(x)=\theta_{0}+\theta_{1} x hθ(x)=θ0+θ1x
    参数 θ 0 \theta_{0} θ0 θ 1 \theta_{1} θ1两个参数的变化会导致假设函数的变化:
    在这里插入图片描述
    实际的例子中,数据会以很多点的形式给出,回归问题就是将这些点拟合成一条曲线,即找到最优的参数 θ 0 \theta_{0} θ0 θ 1 \theta_{1} θ1使得拟合的曲线更能代表所有的数据。
    在这里插入图片描述
    如何找到最优参数 θ 0 \theta_{0} θ0 θ 1 \theta_{1} θ1 呢?使用代价函数!以均方误差代数函数为例:
    从最简单的单一参数来看,假设函数为: h θ ( x ) = θ 1 x h_{\theta}(x)=\theta_{1} x hθ(x)=θ1x
    均方误差代数函数的主要思想就是将实际数据给出的值与拟合出的线的对应的值做差,求出拟合出的直线与实际的差距。
    在这里插入图片描述
    为了使这个值不受个别极端数据的影响而产生巨大波动,采用类似方差再取二分之一的方式来减小个别数据影响。
    这样,就产生了代价函数:
    J ( θ 0 , θ 1 ) = 1 2 m ∑ i = 1 m ( h θ ( x ( i ) ) − y ( i ) ) 2 J\left(\theta_{0},\theta_{1}\right)=\frac{1}{2m}\sum_{i=1}^{m}\left(h_{\theta}\left(x^{(i)}\right)-y^{(i)}\right)^{2} J(θ0,θ1)=2m1i=1m(hθ(x(i))y(i))2
    而最优解即为代价函数的最小值,根据以上公式多次计算可得到代价函数的图像:

    在这里插入图片描述
    可以轻易知道该代价函数的最小值(如何求解最小值?梯度下降算法~),这时可以解出对应的
    如果更多参数的话,图像就会更为复杂,两个参数的时候就已经是三维图像:
    在这里插入图片描述
    高度即为均方误差代价函数的值,若参数再多则无法进行可视化,但其原理是相似的。
    因此,我们可以终结得到:对于回归问题的代价函数,其最小值为: minimize ⁡ θ 0 , θ 1 J ( θ 0 , θ 1 ) \underset{\theta_{0}, \theta_{1}}{\operatorname{minimize}} J\left(\theta_{0}, \theta_{1}\right) θ0,θ1minimizeJ(θ0,θ1)

    3、在回归问题中为什么选择均方误差函数:

    从代价函数的理解考虑:代价是预测值和实际值之间的差距(两点之差),对于多个样本来说,就是差距之和。
    将每一个样本的预测值和实际值之差相加,这不就是代价?但是注意到就每一个样本而言,代价有正有负,所有样本的代价加起来有可能出现正负抵消的情况,所以这并不是一个合适的代价函数(指将每一个样本的预测值和实际值之差相加)。
    解决有正负的问题:
    使用绝对值函数来表示代价,为了方便计算最小代价(计算最小代价可能用到最小二乘法),直接使用平方来衡量代价,即使用绝对值的平方来表示单个样本的代价,那么一个数据集的代价为: ( h θ ( x ( i ) ) − y ( i ) ) 2 \left(h_{\theta}\left(x^{(i)}\right)-y^{(i)}\right)^{2} (hθ(x(i))y(i))2
    即代价函数为: J ( θ 0 , θ 1 ) = 1 2 m ∑ i = 1 m ( h θ ( x ( i ) ) − y ( i ) ) 2 J\left(\theta_{0},\theta_{1}\right)=\frac{1}{2m}\sum_{i=1}^{m}\left(h_{\theta}\left(x^{(i)}\right)-y^{(i)}\right)^{2} J(θ0,θ1)=2m1i=1m(hθ(x(i))y(i))2
    为什么分母取2 m m m而非 m m m,是为了计算方便。

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  • 计算均方误差MSE信噪比SNR峰值信噪比PSNR绝对平均误差的matlab函数
  • 均方误差代价函数

    2021-07-22 09:55:41
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    均方误差代价函数 MSE Cost Function

    代价函数可以用来衡量假设函数(hypothesis function)的准确性

    在线性回归中,如果假设函数为h(x)=θ0+θ1*x,
    均方误差代价函数公式如下图:
    在这里插入图片描述
    θ0 和 θ1是假设函数的参数
    h(x)就是预测值
    m是训练的样本数量
    i表示第i个样本

    均方误差函数就是把预测值和真实值差的平方求和再除以2倍的样本数量

    其中取2m而不取m是为了方便计算梯度.

    用一道题帮助我们理解代价函数:
    在这里插入图片描述
    这道题给了三个样本点,并且给出假设函数h(x)=θ1x,代价函数是均方误差代价函数,求J(0)
    由题可知,θ0=0,要求J(0),就是让θ1=0,当θ1=0的时候,其实h(x)=0
    那么根据公式可以计算,选D
    在这里插入图片描述
    当代价函数J(θ0,θ1)最小的时候,假设函数的预测值和真实值最接近
    如下图,给定三个样本点(1,1),(2,2),(3,3),对于h(x)=0+θ1
    x,当θ1=1时,J(θ0,θ1)=0,即预测值和真实值完全相同,当θ1不为1时,预测的偏差随着θ1距离1的远近程度增加
    在这里插入图片描述

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  • 使用matlab对图象计算均方误差使用matlab对图象计算均方误差
  • ** 线性回归均方损失函数公式推导过程 ** 参考:https://www.cnblogs.com/ZhongliangXiang/p/8016635.html

    **

    线性回归均方损失函数公式推导过程

    **
    参考:https://www.cnblogs.com/ZhongliangXiang/p/8016635.html

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    • 损失函数(loss function)可以为任意函数,常用的是均方误差和交叉熵误差
    • 损失函数:最优参数解的参考指标,希望它越小越好
    • 用于评价神经网络的性能“恶劣程度”,当前神经网络对监督数据(训练数据)在多大程度上不拟合,不一致

    均方误差(mean squared error)
    在这里插入图片描述
    yk:神经网络的输出
    tk:监督数据(训练数据)

    mean_squared_error.py

    # oding: utf-8
    
    # 损失函数之均方误差
    import numpy as np
    
    
    def mean_squared_error(y, t):
        return 0.5 * np.sum((y - t) ** 2)
    
    
    # 手写数字识别MNIST
    t = [0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] # 设置“2”为正确解,监督数据
    y = [0.1, 0.05, 0.6, 0.0, 0.05, 0.1, 0.0, 0.1, 0.0, 0.0] # softmax输出激活函数故可以理解为概率,设置‘2’为最高概率
    print(mean_squared_error(np.array(y), np.array(t))) # 0.09750000000000003 损失函数值很低
    
    
    y = [0.1, 0.05, 0.1, 0.0, 0.05, 0.1, 0.0, 0.6, 0.0, 0.0] # 设置‘7’为最高概率的情况为(0.6)
    print(mean_squared_error(np.array(y), np.array(t))) # 0.5975 损失函数值很高
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  • 均方误差

    千次阅读 2021-02-14 22:35:41
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  • https://www.cnblogs.com/lpgit/p/13428163.html
  • 线性回归均方误差(MSE)的推导

    千次阅读 2020-05-24 11:56:22
    刚开始学习机器学习的时候就接触了均方误差(MSE,Mean Squared Error),当时就有疑惑,这个式子是怎么推导的,但是因为懒没有深究。今天看到了唐宇迪老师的机器学习课程,终于理解他是怎么推导的了。 问题描述 ...
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空空如也

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均方误差函数公式