用python帮我写一个逻辑回归的优化代码,要求分别使用梯度下降法,AdaGrad,牛顿法,随机梯度下降法等,并进行收敛性对比

时间: 2023-08-25 18:04:27 浏览: 48
好的,以下是一个使用Python实现逻辑回归优化的示例代码,同时包含了梯度下降法、AdaGrad、牛顿法和随机梯度下降法的实现,并进行了收敛性对比。 ```python import numpy as np class LogisticRegression: def __init__(self, alpha=0.01, n_iterations=1000, optimizer='gd', batch_size=32, epsilon=1e-8): self.alpha = alpha self.n_iterations = n_iterations self.optimizer = optimizer self.batch_size = batch_size self.epsilon = epsilon self.theta = None def sigmoid(self, z): return 1 / (1 + np.exp(-z)) def cost_function(self, X, y, theta): m = len(y) h_theta = self.sigmoid(X.dot(theta)) J = -1/m * (y.T.dot(np.log(h_theta)) + (1-y).T.dot(np.log(1-h_theta))) grad = 1/m * (X.T.dot(h_theta - y)) return J, grad def optimize(self, X, y): m, n = X.shape self.theta = np.zeros((n, 1)) J_history = [] for i in range(self.n_iterations): if self.optimizer == 'gd': J, grad = self.cost_function(X, y, self.theta) self.theta -= self.alpha * grad elif self.optimizer == 'adagrad': J, grad = self.cost_function(X, y, self.theta) self.epsilon = 1e-8 G = np.zeros((n, 1)) G += np.power(grad, 2) self.theta -= (self.alpha / np.sqrt(G+self.epsilon)) * grad elif self.optimizer == 'newton': J, grad = self.cost_function(X, y, self.theta) H = np.zeros((n, n)) h_theta = self.sigmoid(X.dot(self.theta)) for i in range(m): H += (h_theta[i]*(1-h_theta[i])) * np.outer(X[i], X[i]) self.theta -= np.linalg.inv(H).dot(grad) elif self.optimizer == 'sgd': for j in range(0, m, self.batch_size): X_batch = X[j:j+self.batch_size] y_batch = y[j:j+self.batch_size] J, grad = self.cost_function(X_batch, y_batch, self.theta) self.theta -= self.alpha * grad J_history.append(J) return J_history def predict(self, X): if self.theta is None: self.theta = np.zeros((X.shape[1], 1)) return np.round(self.sigmoid(X.dot(self.theta))) ``` 其中,`LogisticRegression`类包含了逻辑回归的各种优化方法,参数说明如下: - `alpha`:学习率,默认值为0.01; - `n_iterations`:迭代次数,默认值为1000; - `optimizer`:优化方法,可选值包括'gd'(梯度下降法)、'adagrad'(AdaGrad)、'newton'(牛顿法)和'sgd'(随机梯度下降法),默认值为'gd'; - `batch_size`:批量大小,仅在随机梯度下降法中使用,默认值为32; - `epsilon`:数值稳定项,仅在AdaGrad中使用,默认值为1e-8。 下面是一个使用示例: ```python from sklearn.datasets import make_classification from sklearn.model_selection import train_test_split X, y = make_classification(n_samples=1000, n_features=10, n_informative=5, random_state=42) X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) lr = LogisticRegression(alpha=0.1, optimizer='gd') J_history_gd = lr.optimize(X_train, y_train) lr = LogisticRegression(alpha=0.1, optimizer='adagrad') J_history_adagrad = lr.optimize(X_train, y_train) lr = LogisticRegression(alpha=0.1, optimizer='newton') J_history_newton = lr.optimize(X_train, y_train) lr = LogisticRegression(alpha=0.1, optimizer='sgd', batch_size=32) J_history_sgd = lr.optimize(X_train, y_train) import matplotlib.pyplot as plt plt.plot(J_history_gd, label='gd') plt.plot(J_history_adagrad, label='adagrad') plt.plot(J_history_newton, label='newton') plt.plot(J_history_sgd, label='sgd') plt.legend() plt.title('Convergence Comparison') plt.xlabel('Iteration') plt.ylabel('Cost') plt.show() y_pred = lr.predict(X_test) accuracy = np.mean(y_pred == y_test) print(f'Test Accuracy: {accuracy*100:.2f}%') ``` 在这个示例中,我们使用了sklearn自带的`make_classification`函数生成了一个二分类数据集,并将其分为训练集和测试集。然后,我们分别使用了梯度下降法、AdaGrad、牛顿法和随机梯度下降法进行优化,并记录了每次迭代的代价函数值。最后,我们将四种优化方法的收敛性进行了对比,并输出了测试集的准确率。 希望这个示例能够帮助你理解逻辑回归及其优化方法的实现和应用。

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