
损失函数(loss function)是用来估量你模型的预测值f(x)与真实值Y的不一致程度,它是一个非负实值函数,通常使用L(Y, f(x))来表示,损失函数越小,模型的鲁棒性就越好。损失函数是经验风险函数的核心部分,也是结构风险函数重要组成部分。模型的结构风险函数包括了经验风险项和正则项,通常可以表示成如下式子:
其中,前面的均值函数表示的是经验风险函数,L代表的是损失函数,后面的是正则化项(regularizer)或者叫惩罚项(penalty term),它可以是L1,也可以是L2,或者其他的正则函数。整个式子表示的意思是找到使目标函数最小时的值。下面主要列出几种常见的损失函数。
有些人可能觉得逻辑回归的损失函数就是平方损失,其实并不是。平方损失函数可以通过线性回归在假设样本是高斯分布的条件下推导得到,而逻辑回归得到的并不是平方损失。在逻辑回归的推导中,它假设样本服从伯努利分布(0-1分布),然后求得满足该分布的似然函数,接着取对数求极值等等。而逻辑回归并没有求似然函数的极值,而是把极大化当做是一种思想,进而推导出它的经验风险函数为:最小化负的似然函数(即max F(y, f(x)) —-> min -F(y, f(x)))。从损失函数的视角来看,它就成了log损失函数了。
log损失函数的标准形式:
将它带入到上式,通过推导可以得到logistic的损失函数表达式,如下:
如果是二分类的话,则m值等于2,如果是多分类,m就是相应的类别总个数。这里需要解释一下:之所以有人认为逻辑回归是平方损失,是因为在使用梯度下降来求最优解的时候,它的迭代式子与平方损失求导后的式子非常相似,从而给人一种直观上的错觉。
这里有个PDF可以参考一下:Lecture 6: logistic regression.pdf.
二、平方损失函数(最小二乘法, Ordinary Least Squares )
最小二乘法是线性回归的一种,OLS将问题转化成了一个凸优化问题。在线性回归中,它假设样本和噪声都服从高斯分布(为什么假设成高斯分布呢?其实这里隐藏了一个小知识点,就是中心极限定理,可以参考【central limit theorem】),最后通过极大似然估计(MLE)可以推导出最小二乘式子。最小二乘的基本原则是:最优拟合直线应该是使各点到回归直线的距离和最小的直线,即平方和最小。换言之,OLS是基于距离的,而这个距离就是我们用的最多的欧几里得距离。为什么它会选择使用欧式距离作为误差度量呢(即Mean squared error, MSE),主要有以下几个原因:
简单,计算方便;
欧氏距离是一种很好的相似性度量标准;
在不同的表示域变换后特征性质不变。
平方损失(Square loss)的标准形式如下:
(Y,f(X))=(Y−f(X))2L(Y,f(X))=(Y−f(X))2
当样本个数为n时,此时的损失函数变为:而在实际应用中,通常会使用均方差(MSE)作为一项衡量指标,公式如下:
上面提到了线性回归,这里额外补充一句,我们通常说的线性有两种情况,一种是因变量y是自变量x的线性函数,一种是因变量y是参数的线性函数。在机器学习中,通常指的都是后一种情况。
三、指数损失函数(Adaboost)
学过Adaboost算法的人都知道,它是前向分步加法算法的特例,是一个加和模型,损失函数就是指数函数。在Adaboost中,经过m此迭代之后,可以得到:
Adaboost每次迭代时的目的是为了找到最小化下列式子时的参数 和G:
而指数损失函数(exp-loss)的标准形式如下
可以看出,Adaboost的目标式子就是指数损失,在给定n个样本的情况下,Adaboost的损失函数为:
关于Adaboost的推导,可以参考Wikipedia:AdaBoost或者《统计学习方法》P145.
在机器学习算法中,hinge损失函数和SVM是息息相关的。在线性支持向量机中,最优化问题可以等价于下列式子:
下面来对式子做个变形,令:
于是,原式就变成了:
如若取,式子就可以表示成:
可以看出,该式子与下式非常相似:
前半部分中的就是hinge损失函数,而后面相当于L2正则项。
Hinge 损失函数的标准形式
可以看出,当|y|>=1时,L(y)=0。更多内容,参考Hinge-loss。
补充一下:在libsvm中一共有4中核函数可以选择,对应的是-t参数分别是:
0-线性核;
1-多项式核;
2-RBF核;
3-sigmoid核。
五、其它损失函数
除了以上这几种损失函数,常用的还有:
0-1损失函数
绝对值损失函数
下面来看看几种损失函数的可视化图像,对着图看看横坐标,看看纵坐标,再看看每条线都表示什么损失函数,多看几次好好消化消化。
OK,暂时先写到这里,休息下。最后,需要记住的是:参数越多,模型越复杂,而越复杂的模型越容易过拟合。过拟合就是说模型在训练数据上的效果远远好于在测试集上的性能。此时可以考虑正则化,通过设置正则项前面的hyper parameter,来权衡损失函数和正则项,减小参数规模,达到模型简化的目的,从而使模型具有更好的泛化能力。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
2025 年,数据如同数字时代的 DNA,编码着人类社会的未来图景,驱动着商业时代的运转。从全球互联网用户每天产生的2.5亿TB数据, ...
2025-06-052025 年,数据如同数字时代的 DNA,编码着人类社会的未来图景,驱动着商业时代的运转。从全球互联网用户每天产生的2.5亿TB数据, ...
2025-05-27CDA数据分析师证书考试体系(更新于2025年05月22日)
2025-05-26解码数据基因:从数字敏感度到逻辑思维 每当看到超市货架上商品的排列变化,你是否会联想到背后的销售数据波动?三年前在零售行 ...
2025-05-23在本文中,我们将探讨 AI 为何能够加速数据分析、如何在每个步骤中实现数据分析自动化以及使用哪些工具。 数据分析中的AI是什么 ...
2025-05-20当数据遇见人生:我的第一个分析项目 记得三年前接手第一个数据分析项目时,我面对Excel里密密麻麻的销售数据手足无措。那些跳动 ...
2025-05-20在数字化运营的时代,企业每天都在产生海量数据:用户点击行为、商品销售记录、广告投放反馈…… 这些数据就像散落的拼图,而相 ...
2025-05-19在当今数字化营销时代,小红书作为国内领先的社交电商平台,其销售数据蕴含着巨大的商业价值。通过对小红书销售数据的深入分析, ...
2025-05-16Excel作为最常用的数据分析工具,有没有什么工具可以帮助我们快速地使用excel表格,只要轻松几步甚至输入几项指令就能搞定呢? ...
2025-05-15数据,如同无形的燃料,驱动着现代社会的运转。从全球互联网用户每天产生的2.5亿TB数据,到制造业的传感器、金融交易 ...
2025-05-15大数据是什么_数据分析师培训 其实,现在的大数据指的并不仅仅是海量数据,更准确而言是对大数据分析的方法。传统的数 ...
2025-05-14CDA持证人简介: 万木,CDA L1持证人,某电商中厂BI工程师 ,5年数据经验1年BI内训师,高级数据分析师,拥有丰富的行业经验。 ...
2025-05-13CDA持证人简介: 王明月 ,CDA 数据分析师二级持证人,2年数据产品工作经验,管理学博士在读。 学习入口:https://edu.cda.cn/g ...
2025-05-12CDA持证人简介: 杨贞玺 ,CDA一级持证人,郑州大学情报学硕士研究生,某上市公司数据分析师。 学习入口:https://edu.cda.cn/g ...
2025-05-09CDA持证人简介 程靖 CDA会员大咖,畅销书《小白学产品》作者,13年顶级互联网公司产品经理相关经验,曾在百度、美团、阿里等 ...
2025-05-07相信很多做数据分析的小伙伴,都接到过一些高阶的数据分析需求,实现的过程需要用到一些数据获取,数据清洗转换,建模方法等,这 ...
2025-05-06以下的文章内容来源于刘静老师的专栏,如果您想阅读专栏《10大业务分析模型突破业务瓶颈》,点击下方链接 https://edu.cda.cn/g ...
2025-04-30CDA持证人简介: 邱立峰 CDA 数据分析师二级持证人,数字化转型专家,数据治理专家,高级数据分析师,拥有丰富的行业经验。 ...
2025-04-29CDA持证人简介: 程靖 CDA会员大咖,畅销书《小白学产品》作者,13年顶级互联网公司产品经理相关经验,曾在百度,美团,阿里等 ...
2025-04-28CDA持证人简介: 居瑜 ,CDA一级持证人国企财务经理,13年财务管理运营经验,在数据分析就业和实践经验方面有着丰富的积累和经 ...
2025-04-27