ML(機(jī)器學(xué)習(xí))：輕松理解回歸觀念

1   簡(jiǎn)單的回歸觀念

當(dāng)今主流的AI 是機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)。這種AI 的主要能力之一就是：從復(fù)雜的數(shù)據(jù)里探索潛在的規(guī)律?；镜母怕屎突貧w分析觀念，就是AI/ 機(jī)器學(xué)習(xí)探索規(guī)律的基礎(chǔ)技術(shù)。例如，有一群二維的數(shù)據(jù)點(diǎn)，有一條最具有代表性的直線(xiàn)：X*W+B=Y。在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，這條線(xiàn)通稱(chēng)為：回歸(Regression) 線(xiàn)。其中，X[ ] 和Y[ ] 值是已知的，而W 和B 是未知的，如圖1。

圖1

所謂“回歸分析”就是找尋最棒的W 和B 值。就得到這條線(xiàn)了。從上圖的Excel 畫(huà)面里，按下“尋找規(guī)律”按鈕，就會(huì)進(jìn)行回歸分析，找出最適合的W和B 值，并輸出如圖2。

圖2

剛才的回歸分析已經(jīng)找出最棒的W 和B 值了，也就是找到最具代表性的回歸曲線(xiàn)了。于是就繪出圖形如圖3。

圖3

這一條線(xiàn)就是X*1.3+3.3=Y 線(xiàn)性方程式的圖形表示。接下來(lái)，就拿圖3 里的“test data”來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)(Predict)。現(xiàn)在，請(qǐng)按下“Predict”，就拿新數(shù)據(jù)X 來(lái)預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)的E(Y/X) 值，如圖4。

圖4

這兩筆資料，就會(huì)對(duì)映到這回歸線(xiàn)上的兩個(gè)點(diǎn)，如圖5。

這就意味著， 我們已知X 值為：1.5， 經(jīng)由X*1.3+3.3=Y 線(xiàn)性方程式來(lái)計(jì)算出Y 值為：5.25。這就是一種預(yù)測(cè)的方法。

圖5

2   邏輯回歸

一樣使用線(xiàn)性回歸：X*W+B=Y。將得出的Y 值，經(jīng)由Sigmoid() 函數(shù)，可以計(jì)算出條件概率P(Y/X) 值。這是機(jī)器學(xué)習(xí)的二元分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)做法。例如，有7 瓶水，其攝氏溫度分別是：[-5，-2，-1，2，3，4，6]。此時(shí)人們常常將之區(qū)分為兩個(gè)類(lèi)別：水與冰。就把這X 值和P(Y/X) 值，呈現(xiàn)于Excel 上，如圖6。

圖6

其數(shù)據(jù)的意義是：依據(jù)人們?nèi)粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)，第1 瓶溫度是-5℃，有95% 的概率是屬于“冰”類(lèi)。再如最后一瓶的溫度是6℃，有95% 的概率是屬于“水”類(lèi)。現(xiàn)在，可以按下“尋找規(guī)律”，就進(jìn)行回歸分析，找出最棒的W 和B 值，如圖7。

圖7

就得到了線(xiàn)性方程式：X*0.689393699-0.071644135=Y。于是就繪出圖形如圖8。

圖8

這條直線(xiàn)就是AI 機(jī)器學(xué)習(xí)里，常常聽(tīng)到的：分類(lèi)線(xiàn)。只要經(jīng)有Sigmoid() 函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就成為S 型的回歸曲線(xiàn)了。接著，按下“Sigmoid 圖”，就由Sigmoid()激活函數(shù)轉(zhuǎn)換，將直線(xiàn)轉(zhuǎn)換成為曲線(xiàn)，并繪出圖形如圖9。

圖9

因?yàn)镾igmoid() 函數(shù)能從線(xiàn)性公式計(jì)算出來(lái)Y 值轉(zhuǎn)換成為P(Y/X) 概率值。因此，這條曲線(xiàn)成為上述(Excel里) 數(shù)據(jù)的最佳代表曲線(xiàn)( 即回歸線(xiàn))。這時(shí)候，就把7個(gè)瓶子區(qū)分為兩類(lèi)了，如圖10。

圖10

于是您就可以了解了，AI/ 機(jī)器學(xué)習(xí)就是，通過(guò)這樣來(lái)一堆數(shù)據(jù)進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)為：分類(lèi)(Classification)。剛才的回歸分析已經(jīng)找出最棒的W 和B 值了，然后經(jīng)由Sigmoid() 轉(zhuǎn)換，而找到最具代表性的回歸曲線(xiàn)。接下來(lái)，就能給予新的數(shù)據(jù)X，如圖11。

圖11

現(xiàn)在，按下“Predict”，就會(huì)通過(guò)這條回歸曲線(xiàn)而計(jì)算( 預(yù)測(cè)) 出相對(duì)應(yīng)的P(Y/X) 條件概率值。如圖12。

圖12

其中，先計(jì)算：X*W+B=Y，得到了Y 值。再將Y值經(jīng)由sigmoid() 函數(shù)計(jì)算出P(Y/X) 值。并且繪出圖形，如圖13。

圖13

以上說(shuō)明了，我們先提供7 筆訓(xùn)練數(shù)據(jù)(Training Data)，按下“尋找規(guī)律”來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練( 即回歸分析)，找出最棒的W 和B 值。然后，拿5 筆新數(shù)據(jù)來(lái)(Test Data) 來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，果然完美地分類(lèi)了。

現(xiàn)在，可以按下“繪圖P(Y= 兔/X)”，就會(huì)把各P(Y/X) 條件概率值繪出于一條數(shù)值線(xiàn)( 即一維空間)，如圖14。

圖14

以上的X 只含有一個(gè)特征值。下一期里，將會(huì)說(shuō)明多個(gè)特征值的例子。

（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2021年第2期，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）