
一、分类算法中的损失函数
在分类算法中,损失函数通常可以表示成损失项和正则项的和,即有如下的形式:
其中,L(mi(w))为损失项,R(w)为正则项。mi的具体形式如下:
对于损失项,主要的形式有:
0-1损失
Log损失
Hinge损失
指数损失
感知损失
1、0-1损失函数
在分类问题中,可以使用函数的正负号来进行模式判断,函数值本身的大小并不是很重要,0-1损失函数比较的是预测值fw(x(i))与真实值y(i)的符号是否相同,0-1损失的具体形式如下:
以上的函数等价于下述的函数:
0-1损失并不依赖m值的大小,只取决于m的正负号。0-1损失是一个非凸的函数,在求解的过程中,存在很多的不足,通常在实际的使用中将0-1损失函数作为一个标准,选择0-1损失函数的代理函数作为损失函数。
Log损失是0-1损失函数的一种代理函数,Log损失的具体形式如下:
运用Log损失的典型分类器是Logistic回归算法。
对于Logistic回归算法,分类器可以表示为:
为了求解其中的参数w,通常使用极大似然估计的方法,具体的过程如下:
1、似然函数
其中,
2、log似然
3、需要求解的是使得log似然取得最大值的w。将其改变为最小值,可以得到如下的形式:
由于Log损失的具体形式为:
Logistic回归与Log损失具有相同的形式,故两者是等价的。Log损失与0-1损失的关系可见下图。
Hinge损失是0-1损失函数的一种代理函数,Hinge损失的具体形式如下:
运用Hinge损失的典型分类器是SVM算法。
对于软间隔支持向量机,允许在间隔的计算中出现少许的误差,其优化的目标为:
约束条件为:
对于Hinge损失:
优化的目标是要求:
在上述的函数中引入截距γ,即:
并在上述的最优化问题中增加L2正则,即变成:
至此,令下面的不等式成立:
约束条件为
则Hinge最小化问题变成:
约束条件为:
这与软间隔的SVM是一致的,说明软间隔SVM是在Hinge损失的基础上增加了L2正则。
指数损失是0-1损失函数的一种代理函数,指数损失的具体形式如下:
运用指数损失的典型分类器是AdaBoost算法。
AdaBoost算法是对每一个弱分类器以及每一个样本都分配了权重,对于弱分类器φj的权重为:
其中,表示的是误分类率。对于每一个样本的权重为:
最终通过对所有分类器加权得到最终的输出。
对于指数损失函数:
可以得到需要优化的损失函数:
假设f~表示已经学习好的函数,则有:
而:
通过最小化φ,可以得到:
将其代入上式,进而对θ求最优解,得:
其中,
可以发现,其与AdaBoost是等价的。
5、感知损失
5.1、感知损失
感知损失是Hinge损失的一个变种,感知损失的具体形式如下:
运用感知损失的典型分类器是感知机算法。
感知机算法只需要对每个样本判断其是否分类正确,只记录分类错误的样本,其损失函数为:
对于感知损失:
优化的目标为:
在上述的函数中引入截距b,即:
上述的形式转变为:
对于max函数中的内容,可知:
对于错误的样本,有:
类似于Hinge损失,令下式成立:
约束条件为:
则感知损失变成:
即为:
Hinge损失对于判定边界附近的点的惩罚力度较高,而感知损失只要样本的类别判定正确即可,而不需要其离判定边界的距离,这样的变化使得其比Hinge损失简单,但是泛化能力没有Hinge损失强。数据分析师培训
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
xmin, xmax = -4, 4
xx = np.linspace(xmin, xmax, 100)
plt.plot([xmin, 0, 0, xmax], [1, 1, 0, 0], 'k-', label="Zero-one loss")
plt.plot(xx, np.where(xx < 1, 1 - xx, 0), 'g-', label="Hinge loss")
plt.plot(xx, np.log2(1 + np.exp(-xx)), 'r-', label="Log loss")
plt.plot(xx, np.exp(-xx), 'c-', label="Exponential loss")
plt.plot(xx, -np.minimum(xx, 0), 'm-', label="Perceptron loss")
plt.ylim((0, 8))
plt.legend(loc="upper right")
plt.xlabel(r"Decision function $f(x)$")
plt.ylabel("$L(y, f(x))$")
plt.show()
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
随机森林算法的核心特点:原理、优势与应用解析 在机器学习领域,随机森林(Random Forest)作为集成学习(Ensemble Learning) ...
2025-09-05Excel 区域名定义:从基础到进阶的高效应用指南 在 Excel 数据处理中,频繁引用单元格区域(如A2:A100、B3:D20)不仅容易出错, ...
2025-09-05CDA 数据分析师:以六大分析方法构建数据驱动业务的核心能力 在数据驱动决策成为企业共识的当下,CDA(Certified Data Analyst) ...
2025-09-05SQL 日期截取:从基础方法到业务实战的全维度解析 在数据处理与业务分析中,日期数据是连接 “业务行为” 与 “时间维度” 的核 ...
2025-09-04在卷积神经网络(CNN)的发展历程中,解决 “梯度消失”“特征复用不足”“模型参数冗余” 一直是核心命题。2017 年提出的密集连 ...
2025-09-04CDA 数据分析师:驾驭数据范式,释放数据价值 在数字化转型浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业核心生产要素。而 CDA(Certified ...
2025-09-04K-Means 聚类:无监督学习中数据分群的核心算法 在数据分析领域,当我们面对海量无标签数据(如用户行为记录、商品属性数据、图 ...
2025-09-03特征值、特征向量与主成分:数据降维背后的线性代数逻辑 在机器学习、数据分析与信号处理领域,“降维” 是破解高维数据复杂性的 ...
2025-09-03CDA 数据分析师与数据分析:解锁数据价值的关键 在数字经济高速发展的今天,数据已成为企业核心资产与社会发展的重要驱动力。无 ...
2025-09-03解析 loss.backward ():深度学习中梯度汇总与同步的自动触发核心 在深度学习模型训练流程中,loss.backward()是连接 “前向计算 ...
2025-09-02要解答 “画 K-S 图时横轴是等距还是等频” 的问题,需先明确 K-S 图的核心用途(检验样本分布与理论分布的一致性),再结合横轴 ...
2025-09-02CDA 数据分析师:助力企业破解数据需求与数据分析需求难题 在数字化浪潮席卷全球的当下,数据已成为企业核心战略资产。无论是市 ...
2025-09-02Power BI 度量值实战:基于每月收入与税金占比计算累计税金分摊金额 在企业财务分析中,税金分摊是成本核算与利润统计的核心环节 ...
2025-09-01巧用 ALTER TABLE rent ADD INDEX:租房系统数据库性能优化实践 在租房管理系统中,rent表是核心业务表之一,通常存储租赁订单信 ...
2025-09-01CDA 数据分析师:企业数字化转型的核心引擎 —— 从能力落地到价值跃迁 当数字化转型从 “选择题” 变为企业生存的 “必答题”, ...
2025-09-01数据清洗工具全景指南:从入门到进阶的实操路径 在数据驱动决策的链条中,“数据清洗” 是决定后续分析与建模有效性的 “第一道 ...
2025-08-29机器学习中的参数优化:以预测结果为核心的闭环调优路径 在机器学习模型落地中,“参数” 是连接 “数据” 与 “预测结果” 的关 ...
2025-08-29CDA 数据分析与量化策略分析流程:协同落地数据驱动价值 在数据驱动决策的实践中,“流程” 是确保价值落地的核心骨架 ——CDA ...
2025-08-29CDA含金量分析 在数字经济与人工智能深度融合的时代,数据驱动决策已成为企业核心竞争力的关键要素。CDA(Certified Data Analys ...
2025-08-28CDA认证:数据时代的职业通行证 当海通证券的交易大厅里闪烁的屏幕实时跳动着市场数据,当苏州银行的数字金融部连夜部署新的风控 ...
2025-08-28