京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
一、分类算法中的损失函数
在分类算法中,损失函数通常可以表示成损失项和正则项的和,即有如下的形式:
其中,L(mi(w))为损失项,R(w)为正则项。mi的具体形式如下:
对于损失项,主要的形式有:
0-1损失
Log损失
Hinge损失
指数损失
感知损失
1、0-1损失函数
在分类问题中,可以使用函数的正负号来进行模式判断,函数值本身的大小并不是很重要,0-1损失函数比较的是预测值fw(x(i))与真实值y(i)的符号是否相同,0-1损失的具体形式如下:
以上的函数等价于下述的函数:
0-1损失并不依赖m值的大小,只取决于m的正负号。0-1损失是一个非凸的函数,在求解的过程中,存在很多的不足,通常在实际的使用中将0-1损失函数作为一个标准,选择0-1损失函数的代理函数作为损失函数。
Log损失是0-1损失函数的一种代理函数,Log损失的具体形式如下:
运用Log损失的典型分类器是Logistic回归算法。
对于Logistic回归算法,分类器可以表示为:
为了求解其中的参数w,通常使用极大似然估计的方法,具体的过程如下:
1、似然函数
其中,
2、log似然
3、需要求解的是使得log似然取得最大值的w。将其改变为最小值,可以得到如下的形式:
由于Log损失的具体形式为:
Logistic回归与Log损失具有相同的形式,故两者是等价的。Log损失与0-1损失的关系可见下图。
Hinge损失是0-1损失函数的一种代理函数,Hinge损失的具体形式如下:
运用Hinge损失的典型分类器是SVM算法。
对于软间隔支持向量机,允许在间隔的计算中出现少许的误差
,其优化的目标为:
约束条件为:
对于Hinge损失:
优化的目标是要求:
在上述的函数
中引入截距γ,即:
并在上述的最优化问题中增加L2正则,即变成:
至此,令下面的不等式成立:
约束条件为
则Hinge最小化问题变成:
约束条件为:
这与软间隔的SVM是一致的,说明软间隔SVM是在Hinge损失的基础上增加了L2正则。
指数损失是0-1损失函数的一种代理函数,指数损失的具体形式如下:
运用指数损失的典型分类器是AdaBoost算法。
AdaBoost算法是对每一个弱分类器以及每一个样本都分配了权重,对于弱分类器φj的权重为:
其中,
表示的是误分类率。对于每一个样本的权重为:
最终通过对所有分类器加权得到最终的输出。
对于指数损失函数:
可以得到需要优化的损失函数:
假设f~表示已经学习好的函数,则有:
而:
通过最小化φ,可以得到:
将其代入上式,进而对θ求最优解,得:
其中,
可以发现,其与AdaBoost是等价的。
5、感知损失
5.1、感知损失
感知损失是Hinge损失的一个变种,感知损失的具体形式如下:
运用感知损失的典型分类器是感知机算法。
感知机算法只需要对每个样本判断其是否分类正确,只记录分类错误的样本,其损失函数为:
对于感知损失:
优化的目标为:
在上述的函数
中引入截距b,即:
上述的形式转变为:
对于max函数中的内容,可知:
对于错误的样本,有:
类似于Hinge损失,令下式成立:
约束条件为:
则感知损失变成:
即为:
Hinge损失对于判定边界附近的点的惩罚力度较高,而感知损失只要样本的类别判定正确即可,而不需要其离判定边界的距离,这样的变化使得其比Hinge损失简单,但是泛化能力没有Hinge损失强。数据分析师培训
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
xmin, xmax = -4, 4
xx = np.linspace(xmin, xmax, 100)
plt.plot([xmin, 0, 0, xmax], [1, 1, 0, 0], 'k-', label="Zero-one loss")
plt.plot(xx, np.where(xx < 1, 1 - xx, 0), 'g-', label="Hinge loss")
plt.plot(xx, np.log2(1 + np.exp(-xx)), 'r-', label="Log loss")
plt.plot(xx, np.exp(-xx), 'c-', label="Exponential loss")
plt.plot(xx, -np.minimum(xx, 0), 'm-', label="Perceptron loss")
plt.ylim((0, 8))
plt.legend(loc="upper right")
plt.xlabel(r"Decision function $f(x)$")
plt.ylabel("$L(y, f(x))$")
plt.show()
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
箱线图(Box Plot)作为数据分布可视化的核心工具,能清晰呈现数据的中位数、四分位数、异常值等关键统计特征,广泛应用于数据分 ...
2026-01-28在回归分析、机器学习建模等数据分析场景中,多重共线性是高频数据问题——当多个自变量间存在较强的线性关联时,会导致模型系数 ...
2026-01-28数据分析的价值落地,离不开科学方法的支撑。六种核心分析方法——描述性分析、诊断性分析、预测性分析、规范性分析、对比分析、 ...
2026-01-28在机器学习与数据分析领域,特征是连接数据与模型的核心载体,而特征重要性分析则是挖掘数据价值、优化模型性能、赋能业务决策的 ...
2026-01-27关联分析是数据挖掘领域中挖掘数据间潜在关联关系的经典方法,广泛应用于零售购物篮分析、电商推荐、用户行为路径挖掘等场景。而 ...
2026-01-27数据分析的基础范式,是支撑数据工作从“零散操作”走向“标准化落地”的核心方法论框架,它定义了数据分析的核心逻辑、流程与目 ...
2026-01-27在数据分析、后端开发、业务运维等工作中,SQL语句是操作数据库的核心工具。面对复杂的表结构、多表关联逻辑及灵活的查询需求, ...
2026-01-26支持向量机(SVM)作为机器学习中经典的分类算法,凭借其在小样本、高维数据场景下的优异泛化能力,被广泛应用于图像识别、文本 ...
2026-01-26在数字化浪潮下,数据分析已成为企业决策的核心支撑,而CDA数据分析师作为标准化、专业化的数据人才代表,正逐步成为连接数据资 ...
2026-01-26数据分析的核心价值在于用数据驱动决策,而指标作为数据的“载体”,其选取的合理性直接决定分析结果的有效性。选对指标能精准定 ...
2026-01-23在MySQL查询编写中,我们习惯按“SELECT → FROM → WHERE → ORDER BY”的语法顺序组织语句,直觉上认为代码顺序即执行顺序。但 ...
2026-01-23数字化转型已从企业“可选项”升级为“必答题”,其核心本质是通过数据驱动业务重构、流程优化与模式创新,实现从传统运营向智能 ...
2026-01-23CDA持证人已遍布在世界范围各行各业,包括世界500强企业、顶尖科技独角兽、大型金融机构、国企事业单位、国家行政机关等等,“CDA数据分析师”人才队伍遵守着CDA职业道德准则,发挥着专业技能,已成为支撑科技发展的核心力量。 ...
2026-01-22在数字化时代,企业积累的海量数据如同散落的珍珠,而数据模型就是串联这些珍珠的线——它并非简单的数据集合,而是对现实业务场 ...
2026-01-22在数字化运营场景中,用户每一次点击、浏览、交互都构成了行为轨迹,这些轨迹交织成海量的用户行为路径。但并非所有路径都具备业 ...
2026-01-22在数字化时代,企业数据资产的价值持续攀升,数据安全已从“合规底线”升级为“生存红线”。企业数据安全管理方法论以“战略引领 ...
2026-01-22在SQL数据分析与业务查询中,日期数据是高频处理对象——订单创建时间、用户注册日期、数据统计周期等场景,都需对日期进行格式 ...
2026-01-21在实际业务数据分析中,单一数据表往往无法满足需求——用户信息存储在用户表、消费记录在订单表、商品详情在商品表,想要挖掘“ ...
2026-01-21在数字化转型浪潮中,企业数据已从“辅助资源”升级为“核心资产”,而高效的数据管理则是释放数据价值的前提。企业数据管理方法 ...
2026-01-21在数字化商业环境中,数据已成为企业优化运营、抢占市场、规避风险的核心资产。但商业数据分析绝非“堆砌数据、生成报表”的简单 ...
2026-01-20