地球上最简单的数据的梯度下降问题

我想在这些简单的数据上实现梯度下降算法,但遇到了问题。如果有人能指引我正确的方向就太好了。答案应该是当x=6时得到7,但我没有得到这个结果。

X = [1, 2, 3, 4]Y = [2, 3, 4, 5]m_gradient = 0b_gradient = 0m, b = 0, 0learning_rate = 0.1N = len(Y)for p in range(100):    for idx in range(len(Y)):        x = X[idx]        y = Y[idx]        hyp = (m * x) + b        m_gradient += -(2/N) * x * (y - hyp)        b_gradient += -(2/N) * (y - hyp)    m = m - (m_gradient * learning_rate)    b = b - (b_gradient * learning_rate)print(b+m*6)

回答:

看起来你想用梯度下降法来获取线性回归的系数。增加更多的数据点,稍微降低学习率,通过观察损失函数来进行更多的训练周期,这些都有助于减少误差。

当输入规模变大时,下面的代码会产生略有偏差的结果。上述提到的方法,比如增加训练周期,会在更大范围的数字上给出正确的结果。

向量化版本

import numpy as npX = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7])Y = np.array([2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])w_gradient = 0b_gradient = 0w, b = 0.5, 0.5learning_rate = .01loss = 0EPOCHS = 2000N = len(Y)for i in range(EPOCHS):    # 预测    Y_pred = (w * X) + b    # 损失    loss = np.square(Y_pred - Y).sum() / (2.0 * N)    if i % 100 == 0:        print(loss)    # 反向传播    grad_y_pred = (2 / N) * (Y_pred - Y)    w_gradient = (grad_y_pred * X).sum()    b_gradient = (grad_y_pred).sum()    # 优化    w -= (w_gradient * learning_rate)    b -= (b_gradient * learning_rate)print("\n\n")print("LEARNED:")print(w, b)print("\n")print("TEST:")print(np.round(b + w * (-2)))print(np.round(b + w * 0))print(np.round(b + w * 1))print(np.round(b + w * 6))print(np.round(b + w * 3000))# 预期: 30001,但得到30002。# 训练3000个周期将得到预期结果。# 对于简单演示,较少的训练数据和较小的输入范围,2000个周期已经足够print(np.round(b + w * 30000))

输出

LEARNED:1.0000349103409163 0.9998271260509328TEST:-1.01.02.07.03001.030002.0

循环版本

import numpy as npX = np.array([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7])Y = np.array([2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])w_gradient = 0b_gradient = 0w, b = 0.5, 0.5learning_rate = .01loss = 0EPOCHS = 2000N = len(Y)for i in range(EPOCHS):    w_gradient = 0    b_gradient = 0    loss = 0    for j in range(N):        # 预测        Y_pred = (w * X[j]) + b        # 损失        loss += np.square(Y_pred - Y[j]) / (2.0 * N)        # 反向传播        grad_y_pred = (2 / N) * (Y_pred - Y[j])        w_gradient += (grad_y_pred * X[j])        b_gradient += (grad_y_pred)    # 优化    w -= (w_gradient * learning_rate)    b -= (b_gradient * learning_rate)    # 打印损失    if i % 100 == 0:        print(loss)print("\n\n")print("LEARNED:")print(w, b)print("\n")print("TEST:")print(np.round(b + w * (-2)))print(np.round(b + w * 0))print(np.round(b + w * 1))print(np.round(b + w * 6))print(np.round(b + w * 3000))# 预期: 30001,但得到30002。# 训练3000个周期将得到预期结果。# 对于简单演示,较少的训练数据和较小的输入范围,2000个周期已经足够print(np.round(b + w * 30000))

输出

LEARNED:1.0000349103409163 0.9998271260509328TEST:-1.01.02.07.03001.030002.0

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