最小二乘法

2018-03-15  本文已影响192人  阿基米敬

最近在看线性回归,一步步往下追,追到了最小二乘法公式
最小二乘法公式是一个数学的公式,在数学上称为曲线拟合,此处所讲最小二乘法,专指线性回归方程 最小二乘法公式为b=y(平均)-a*x(平均)。

最小二乘

找到一个(组)估计值,使得实际值与估计值的距离最小。本来用两者差的绝对值汇总并使之最小是最理想的,但绝对值在数学上求最小值比较麻烦,因而替代做法是,找一个(组)估计值,使得实际值与估计值之差的平方加总之后的值最小,称为最小二乘。“二乘”的英文为least square,其实英文的字面意思是“平方最小”。这时,将这个差的平方的和式对参数求导数,并取一阶导数为零,就是OLSE。
最小二乘法的核心是权衡,因为你要在很多条线中间选择,选择出距离所有的点之和最短的;

换一种方式描述最小二乘法:

(1)已知多条近似交汇于同一个点的直线,想求解出一个近似交点:寻找到一个距离所有直线距离平方和最小的点,该点即最小二乘解;
(2)已知多个近似分布于同一直线上的点,想拟合出一个直线方程:设该直线方程为y=kx+b,调整参数k和b,使得所有点到该直线的距离平方之和最小,设此时满足要求的k=k0,b=b0,则直线方程为y=k0x+b0。

举个最简单的例子理解最小二乘

假设身高是变量X,体重是变量Y,我们都知道身高与体重有比较直接的关系。生活经验告诉我们:一般身高比较高的人,体重也会比较大。但是这只是我们直观的感受,只是很粗略的定性的分析。在数学世界里,我们大部分时候需要进行严格的定量计算:能不能根据一个人的身高,通过一个式子就能计算出他或者她的标准体重?
接下来,我们会找一些人进行采样,我们会得到一堆数据(x1,y1),(x2,y2),⋯,(xn,yn),其中x是身高,y是体重。
得到这堆数据以后,接下来肯定是要处理这堆数据了。生活常识告诉我们:身高与体重是一个近似的线性关系,用最简单的数学语言来描述就是y=β0+β1x。于是,接下来的任务就变成了:怎么根据我们现在得到的采样数据,求出这个β0与β1呢?这个时候,就轮到最小二乘法发飙显示威力了。

最小二乘的cost function

在讲最小二乘的详情之前,首先明确两点:1.我们假设在测量系统中不存在有系统误差,只存在有纯偶然误差。比如体重计或者身高计本身有问题,测量出来的数据都偏大或者都偏小,这种误差是绝对不存在的。(或者说这不能叫误差,这叫错误)2.误差是符合正态分布的,因此最后误差的均值为0(这一点很重要)


最小二乘法的求解

根据样本的回归模型很容易得出:
我擦....
用到了求导,到此为止,打住....

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