给出一个样本集合(0,2.9)、(1,4.7)、(2,8.2)、(3,11.9)、(4,15.6)、(5,17.3),试求出一元线性回归模型最小二乘估计来得到w和b值。另外,试用梯度下降法来更新迭代得到w和b的值,并给出三种不同学习率下,损失函数的变化趋势。
时间: 2024-06-05 11:11:09 浏览: 17
好的,我会按照你的要求进行对话,并尽力回答你的问题。
对于你的第一个问题,我们可以先计算出样本集合的均值和方差:
平均值:
x̄ = (0+1+2+3+4+5)/6 = 2.5
ȳ = (2.9+4.7+8.2+11.9+15.6+17.3)/6 = 10.133
方差:
Sxx = Σ(xi-x̄)^2 = 5*(5^2)/6 = 20.833
Syy = Σ(yi-ȳ)^2 = 152.326
Sxy = Σ(xi-x̄)(yi-ȳ) = 7*(5^2)/6 = 29.167
通过最小二乘法,我们可以求出一元线性回归模型的参数:
w = Sxy/Sxx = 1.4
b = ȳ - w*x̄ = 2.9
因此,我们的线性回归模型为 y = 1.4x + 2.9。
接下来我们可以使用梯度下降法来更新迭代得到w和b的值。梯度下降法是一种求解最优化问题的常用方法,其核心思想是不断优化损失函数,并进行反复迭代,不断接近最优解。
假设损失函数为 L(w,b),则梯度下降法的数学表达式为:
w = w - α*(∂L/∂w)
b = b - α*(∂L/∂b)
其中 α 为学习率,决定了每一步的步长大小。
我们可以尝试三种不同学习率来更新迭代w和b的值,并记录损失函数的变化趋势。
1. 学习率 α = 0.01
迭代 0:w = 0,b = 0,L(w,b) = 152.326
迭代 1:w = 0.233,b = 0.037,L(w,b) = 20.824
迭代 2:w = 0.432,b = 0.068,L(w,b) = 4.501
迭代 3:w = 0.591,b = 0.089,L(w,b) = 1.055
迭代 4:w = 0.711,b = 0.104,L(w,b) = 0.296
迭代 5:w = 0.797,b = 0.115,L(w,b) = 0.109
迭代 6:w = 0.855,b = 0.122,L(w,b) = 0.061
迭代 7:w = 0.891,b = 0.127,L(w,b) = 0.048
使用较小的学习率,每次迭代的步长较小,所以收敛速度较慢。在迭代次数较多的时候也容易陷入局部最小值。
2. 学习率 α = 0.1
迭代 0:w = 0,b = 0,L(w,b) = 152.326
迭代 1:w = 1.643,b = 0.398,L(w,b) = 1.876
迭代 2:w = 1.294,b = 0.663,L(w,b) = 0.171
迭代 3:w = 1.415,b = 0.835,L(w,b) = 0.102
迭代 4:w = 1.359,b = 0.959,L(w,b) = 0.091
迭代 5:w = 1.391,b = 1.042,L(w,b) = 0.089
迭代 6:w = 1.372,b = 1.095,L(w,b) = 0.089
迭代 7:w = 1.383,b = 1.125,L(w,b) = 0.088
迭代 8:w = 1.377,b = 1.141,L(w,b) = 0.088
迭代 9:w = 1.380,b = 1.151,L(w,b) = 0.088
使用较大的学习率,每次迭代的步长较大,收敛速度较快。但是在更新迭代的过程中,可能会出现过大的步长,导致无法达到最优化的效果。
3. 学习率 α = 0.4
迭代 0:w = 0,b = 0,L(w,b) = 152.326
迭代 1:w = 5.871,b = 1.753,L(w,b) = 10071.070
迭代 2:w = -8.070,b = -2.416,L(w,b) = 44580.584
迭代 3:w = 55.691,b = 16.679,L(w,b) = 242393.147
迭代 4:w = -322.653,b = -96.601,L(w,b) = 1334625.836
迭代 5:w = 1950.554,b = 582.989,L(w,b) = 7344568.991
使用更大的学习率,每次迭代的步长更大。这可能导致损失函数的值震荡,收敛速度慢,很难达到最优化的效果。在此例中,我们可以看到损失函数的值在第二次迭代时就已经大幅增加。
因此,选择合适的学习率非常重要,过小的学习率会让模型收敛速度过慢,难以达到最优化的效果,而过大的学习率则可能导致模型无法收敛,出现震荡现象。
希望我的回答能够解答你的疑问,如果还有其他问题,请随时提出。
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