Logistische Regression durchleuchten

Logistische Regression durchleuchten

In diesem Artikel werden wir die theoretischen Grundlagen der Transformation der linearen Regression in der inversen Logit-Transformation (auch als logistische Reaktionsfunktion bezeichnet) analysieren.Dann werden wir, unter Nutzung des Arsenal des Maximum-Likelihood-Verfahrens,entsprechend dem Modell der logistischen Regression, die Verlustfunktion Logistic Loss, oder anders gesagt, wir werden die Funktion definieren, mit der in der logistischen Regression die Parameter des Gewichtungsvektors angepasst werden. Logistische Regression durchleuchten.

ArtikelĂŒbersicht:

  1. Wir werden die lineare AbhÀngigkeit zwischen zwei Variablen wiederholen.
  2. Die Notwendigkeit der Transformation aufzeigen. der linearen Regression Logistische Regression durchleuchten in der logistischen Reaktionsfunktion Logistische Regression durchleuchten
  3. Wir werden die Transformationen durchfĂŒhren und ableiten. der logistischen Reaktionsfunktion
  4. Wir werden versuchen zu verstehen, warum die Methode der kleinsten Quadrate bei der ParameterschÀtzung ungeeignet ist. Logistische Regression durchleuchten Funktionen Logistic Loss
  5. Verwenden Sie Maximum-Likelihood-Verfahren zur Bestimmung der ParameterschÀtzfunktion. Logistische Regression durchleuchten:

    5.1. Fall 1: Funktion Logistic Loss fĂŒr Objekte mit Klassenbezeichnungen. 0 und 1:

    Logistische Regression durchleuchten

    5.2. Fall 2: Funktion Logistic Loss fĂŒr Objekte mit Klassenbezeichnungen. -1 und +1:

    Logistische Regression durchleuchten


Der Artikel ist reich an einfachen Beispielen, bei denen alle Berechnungen leicht mĂŒndlich oder schriftlich durchgefĂŒhrt werden können; in einigen FĂ€llen kann ein Taschenrechner erforderlich sein. Also macht euch bereit 🙂

Dieser Artikel richtet sich hauptsÀchlich an Data Scientists mit grundlegenden Kenntnissen in den Grundlagen des maschinellen Lernens.

Im Artikel wird auch Code fĂŒr das Zeichnen von Diagrammen und Berechnungen bereitgestellt. Der gesamte Code ist in der Sprache python 2.7geschrieben. Ich möchte im Voraus auf die „Neuheit“ der verwendeten Version hinweisen – dies ist eine der Voraussetzungen fĂŒr den Abschluss eines bekannten Kurses von Yandex auf einer ebenso bekannten Online-Bildungsplattform. Coursera, und, wie man annehmen kann, ist das Material inspiriert von diesem Kurs vorbereitet worden.

01. Lineare AbhÀngigkeit

Es ist sehr vernĂŒnftig, die Frage zu stellen – was haben lineare AbhĂ€ngigkeit und logistische Regression gemeinsam?

Ganz einfach! Die logistische Regression ist eines der Modelle, die zu den linearen Klassifikatoren gehören. Einfach gesagt, besteht die Aufgabe eines linearen Klassifikators darin, Zielwerte Logistische Regression durchleuchten aus Variablen (Regressoren) vorherzusagen. Logistische Regression durchleuchtenDabei wird angenommen, dass die AbhĂ€ngigkeit zwischen den Merkmalen Logistische Regression durchleuchten und den Zielwerten besteht. Logistische Regression durchleuchten linear. Daher stammt auch der Name des Klassifikators – linear. Wenn man es sehr grob zusammenfassen möchte, dann basiert das Modell der logistischen Regression auf der Annahme einer linearen AbhĂ€ngigkeit zwischen den Merkmalen. Logistische Regression durchleuchten und den Zielwerten besteht. Logistische Regression durchleuchtenHier ist sie – die Verbindung.

Im Studio das erste Beispiel, das richtig ĂŒber die lineare AbhĂ€ngigkeit der untersuchten GrĂ¶ĂŸen handelt. Bei der Vorbereitung des Artikels bin ich auf ein Beispiel gestoßen, das vielen schon bekannt ist – die AbhĂ€ngigkeit des elektrischen Stroms von der Spannung. ('Angewandte Regressionsanalyse', N. Draper, H. Smith)Das werden wir hier ebenfalls betrachten.

Entsprechend der nach dem Ohmschen Gesetz:

Logistische Regression durchleuchten

Logistische Regression durchleuchten — StromstĂ€rke, Logistische Regression durchleuchten — Spannung, Logistische Regression durchleuchten — Widerstand.

WĂŒssten wir nicht das Ohmsche Gesetz, könnten wir die AbhĂ€ngigkeit empirisch ermitteln, indem wir Logistische Regression durchleuchten variieren und Logistische Regression durchleuchtenmessen und dabei Logistische Regression durchleuchten konstant halten. Dann wĂŒrden wir sehen, dass das Diagramm der AbhĂ€ngigkeit Logistische Regression durchleuchten ab Logistische Regression durchleuchten eine mehr oder weniger gerade Linie zeigt, die durch den Ursprung verlĂ€uft. Wir sagen „mehr oder weniger“, da die AbhĂ€ngigkeit tatsĂ€chlich genau ist, unsere Messungen jedoch kleine Fehler enthalten könnten und die Punkte im Diagramm möglicherweise nicht genau auf der Linie liegen, sondern zufĂ€llig um sie herum verteilt sind.

Diagramm 1 «AbhÀngigkeit Logistische Regression durchleuchten ab Logistische Regression durchleuchten»

Logistische Regression durchleuchten

Code zum Zeichnen des Diagramms

import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

import numpy as np

import random

R = 13.75

x_line = np.arange(0,220,1)
y_line = []
for i in x_line:
    y_line.append(i/R)
    
y_dot = []
for i in y_line:
    y_dot.append(i+random.uniform(-0.9,0.9))


fig, axes = plt.subplots(figsize = (14,6), dpi = 80)
plt.plot(x_line,y_line,color = 'purple',lw = 3, label = 'I = U/R')
plt.scatter(x_line,y_dot,color = 'red', label = 'TatsÀchliche Ergebnisse')
plt.xlabel('I', size = 16)
plt.ylabel('U', size = 16)
plt.legend(prop = {'size': 14})
plt.show()

02. Notwendigkeit von Transformationen in der linearen Regression

Betrachten wir ein weiteres Beispiel. Stellen wir uns vor, wir arbeiten in einer Bank und haben die Aufgabe, die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung eines Kredits durch den Kreditnehmer in AbhĂ€ngigkeit von bestimmten Faktoren zu ermitteln. Zur Vereinfachung des Problems betrachten wir nur zwei Faktoren: das monatliche Gehalt des Kreditnehmers und die monatliche RĂŒckzahlungsrate des Kredits.

Das Problem ist sehr hypothetisch, aber an diesem Beispiel können wir verstehen, warum es fĂŒr seine Lösung nicht ausreicht, der linearen Regression, und erfahren, welche Transformationen mit der Funktion durchgefĂŒhrt werden mĂŒssen.

Kehren wir zu unserem Beispiel zurĂŒck. Es ist klar, dass je höher das Gehalt, desto mehr kann der Kreditnehmer monatlich zur Tilgung des Darlehens aufbringen. FĂŒr einen bestimmten Gehaltsbereich wird dieser Zusammenhang durchaus linear sein. Nehmen wir beispielsweise einen Gehaltsbereich von 60.000 R bis 200.000 R an und gehen wir davon aus, dass in diesem Gehaltsbereich die AbhĂ€ngigkeit der Höhe der monatlichen Rate vom Gehalt linear ist. Angenommen, fĂŒr den angegebenen Gehaltsbereich wurde festgestellt, dass das VerhĂ€ltnis von Gehalt zu Zahlung nicht unter 3 fallen darf und der Kreditnehmer noch 5.000 R zur VerfĂŒgung haben sollte. Nur in diesem Fall werden wir Annehmen, dass der Kreditnehmer das Darlehen an die Bank zurĂŒckzahlen wird. Dann hat die Gleichung der linearen Regression die folgende Form:

Logistische Regression durchleuchten

wo Logistische Regression durchleuchten, Logistische Regression durchleuchten, Logistische Regression durchleuchten, Logistische Regression durchleuchten — Gehalt Logistische Regression durchleuchtendes Kreditnehmers, Logistische Regression durchleuchten — Zahlung des Darlehens Logistische Regression durchleuchtendes Kreditnehmers.

Indem wir das Gehalt und die Zahlung des Darlehens mit festen Parametern in die Gleichung einsetzen, Logistische Regression durchleuchten kann eine Entscheidung ĂŒber die GewĂ€hrung oder Ablehnung des Darlehens getroffen werden.

Um vorzugreifen, sei bemerkt, dass bei den festgelegten Parametern Logistische Regression durchleuchten die Funktion der linearen Regression, die in der logistischen Antwortfunktion verwendet wird, hohe Werte liefern wird, die die Berechnung der RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeiten erschweren. Daher wird vorgeschlagen, unsere Koeffizienten, sagen wir, um 25.000 zu reduzieren. Diese Transformation der Koeffizienten wird die Entscheidung ĂŒber die Kreditausreichung nicht Ă€ndern. Merken wir uns diesen Punkt fĂŒr die Zukunft; nun, um es noch klarer zu machen, worum es geht, betrachten wir die Situation mit drei potenziellen Kreditnehmern.

Tabelle 1 „Potenzielle Kreditnehmer“

Logistische Regression durchleuchten

Code zur Erstellung der Tabelle

import pandas as pd

r = 25000.0
w_0 = -5000.0/r
w_1 = 1.0/r
w_2 = -3.0/r

data = {'Der Kreditnehmer':np.array(['Vasya', 'Fedya', 'Lesha']), 
        'Gehalt':np.array([120000,180000,210000]),
       'Zahlung':np.array([3000,50000,70000])}

df = pd.DataFrame(data)

df['f(w,x)'] = w_0 + df['Gehalt']*w_1 + df['Zahlung']*w_2

decision = []
for i in df['f(w,x)']:
    if i > 0:
        dec = 'Genehmigt'
        decision.append(dec)
    else:
        dec = 'Ablehnung'
        decision.append(dec)
        
df['Entscheidung'] = decision

df[['Der Kreditnehmer', 'Gehalt', 'Zahlung', 'f(w,x)', 'Entscheidung']]

Laut den Daten der Tabelle möchte Vasya bei einem Gehalt von 120.000 R einen Kredit aufnehmen, den er mit 3.000 R monatlich tilgen möchte. Wir haben festgestellt, dass das Gehalt von Vasya dreimal höher sein muss als die Zahlung, und dass ihm noch 5.000 R zur VerfĂŒgung stehen sollten. Dieses Kriterium erfĂŒllt Vasya: Logistische Regression durchleuchten. Es bleiben sogar 106.000 R. Trotz der Tatsache, dass wir bei der Berechnung Logistische Regression durchleuchten die Koeffizienten Logistische Regression durchleuchten um das 25.000-fache verringert haben, bleibt das Ergebnis dasselbe – der Kredit kann genehmigt werden. Fedya wird auch einen Kredit erhalten, wĂ€hrend Lesha, obwohl er am meisten verdient, seine WĂŒnsche zurĂŒckschrauben muss.

Lass uns in diesem Fall ein Diagramm zeichnen.

Diagramm 2 „Klassifizierung der Kreditnehmer“

Logistische Regression durchleuchten

Code zum Zeichnen des Diagramms

salary = np.arange(60000,240000,20000)
payment = (-w_0-w_1*salary)/w_2


fig, axes = plt.subplots(figsize = (14,6), dpi = 80)
plt.plot(salary, payment, color = 'grey', lw = 2, label = '$f(w,x_i)=w_0 + w_1x_{i1} + w_2x_{i2}$')
plt.plot(df[df['Decision'] == 'Approved']['Salary'], df[df['Decision'] == 'Approved']['Payment'], 
         'o', color ='green', markersize = 12, label = 'Entscheidung - Kredit genehmigt')
plt.plot(df[df['Decision'] == 'Refusal']['Salary'], df[df['Decision'] == 'Refusal']['Payment'], 
         's', color = 'red', markersize = 12, label = 'Entscheidung - Kredit abgelehnt')
plt.xlabel('Gehalt', size = 16)
plt.ylabel('Zahlung', size = 16)
plt.legend(prop = {'size': 14})
plt.show()

Also, unsere Linie, die gemĂ€ĂŸ der Funktion Logistische Regression durchleuchten, trennt „schlechte“ Kreditnehmer von „guten“. Die Kreditnehmer, deren WĂŒnsche nicht mit den Möglichkeiten ĂŒbereinstimmen, befinden sich ĂŒber der Linie (Lesha), wĂ€hrend die, die gemĂ€ĂŸ den Parametern unseres Modells in der Lage sind, den Kredit zurĂŒckzuzahlen, sich unter der Linie befinden (Vasya und Fedya). Anders ausgedrĂŒckt – unsere Linie teilt die Kreditnehmer in zwei Klassen. Wir bezeichnen sie wie folgt: zur Klasse Logistische Regression durchleuchten gehören die Kreditnehmer, die wahrscheinlich den Kredit zurĂŒckzahlen werden, zur Klasse Logistische Regression durchleuchten oder Logistische Regression durchleuchten gehören die Kreditnehmer, die wahrscheinlich den Kredit nicht zurĂŒckzahlen können.

Fassen wir die Ergebnisse aus diesem einfachen Beispiel zusammen. Nehmen wir einen Punkt Logistische Regression durchleuchten und setzen die Koordinaten des Punktes in die entsprechende Gleichung der Linie ein Logistische Regression durchleuchten, betrachten wir drei Optionen:

  1. Wenn sich der Punkt unter der Linie befindet und wir ihn der Klasse Logistische Regression durchleuchtenzuordnen, dann wird der Wert der Funktion Logistische Regression durchleuchten positiv aus sein. Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchtenDas bedeutet, wir können annehmen, dass die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits im Bereich von Logistische Regression durchleuchtenliegt. Je grĂ¶ĂŸer der Funktionswert, desto höher die Wahrscheinlichkeit.
  2. Wenn sich der Punkt ĂŒber der Linie befindet und wir ihn der Klasse Logistische Regression durchleuchten oder Logistische Regression durchleuchtenzuordnen, dann wird der Funktionswert negativ aus Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten. Dann betrachten wir die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung der Schuld im Bereich von Logistische Regression durchleuchten , und je grĂ¶ĂŸer der Betrag des Funktionswertes ist, desto höher ist unser Vertrauen.
  3. Der Punkt liegt auf der Linie, an der Grenze zwischen den beiden Klassen. In diesem Fall wird der Funktionswert Logistische Regression durchleuchten gleich Logistische Regression durchleuchten sein und die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits betrĂ€gt Logistische Regression durchleuchten.

Nun stellen wir uns vor, dass wir nicht zwei Faktoren, sondern Dutzende haben, und nicht drei Kreditnehmer, sondern Tausende. Dann haben wir anstelle einer Linie. m-metrisch Ebene und Koeffizienten Logistische Regression durchleuchten werden nicht aus der Luft gegriffen, sondern nach allen Regeln abgeleitet, basierend auf den gesammelten Daten ĂŒber Kreditnehmer, die Kredite zurĂŒckgezahlt oder nicht zurĂŒckgezahlt haben. Und tatsĂ€chlich, beachten Sie, wir wĂ€hlen jetzt Kreditnehmer aus, basierend auf bereits bekannten Koeffizienten Logistische Regression durchleuchten. TatsĂ€chlich besteht die Aufgabe des Modells der logistischen Regression darin, die Parameter zu bestimmen Logistische Regression durchleuchten, bei denen der Wert der Verlustfunktion Logistic Loss minimal streben wird. Doch wie der Vektor berechnet wird, Logistische Regression durchleuchten, erfahren wir noch im fĂŒnften Abschnitt des Artikels. Doch bevor wir zu unserem Banker und seinen drei Kunden zurĂŒckkehren,

wissen wir dank der Funktion Logistische Regression durchleuchten , wem wir einen Kredit gewĂ€hren können und wem nicht. Aber mit solchen Informationen kann man nicht zum Direktor gehen, denn man wollte von uns die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits durch jeden Kreditnehmer haben. Was tun? Die Antwort ist einfach — wir mĂŒssen die Funktion Logistische Regression durchleuchten, deren Werte im Bereich Logistische Regression durchleuchten liegen, in eine Funktion umwandeln, deren Werte im Bereich Logistische Regression durchleuchtenliegen. Und eine solche Funktion existiert, sie wird genannt logistische Regressionsfunktion oder logit-Transformation. Lernen Sie kennen:

Logistische Regression durchleuchten

Schauen wir uns Schritt fĂŒr Schritt an, wie die logistische Regressionsfunktionentsteht. Wir werden beachten, dass wir rĂŒckwĂ€rts gehen werden, d.h. wir nehmen an, dass uns der Wert der Wahrscheinlichkeit bekannt ist, der im Bereich von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten liegt, und danach werden wir diesen Wert ĂŒber das gesamte Zahlenfeld von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten.

03 entfalten. Wir leiten die logistische Regressionsfunktion ein.

Schritt 1. Wir konvertieren die Wahrscheinlichkeiten in den Bereich Logistische Regression durchleuchten

WĂ€hrend der Transformation der Funktion Logistische Regression durchleuchten in der logistischen Reaktionsfunktion Logistische Regression durchleuchten lassen wir unseren Kreditanalytiker in Ruhe, und stattdessen besuchen wir WettbĂŒros. Nein, natĂŒrlich werden wir keine Wetten abschließen, alles was uns dort interessiert, ist die Bedeutung des Ausdrucks, zum Beispiel die Chance von 4 zu 1. Die Chancen, die allen Wettspielern bekannt sind, sind das VerhĂ€ltnis von "Erfolgen" zu "Misserfolgen". Aus der Sicht der Wahrscheinlichkeiten ist die Chance die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses geteilt durch die Wahrscheinlichkeit, dass das Ereignis nicht eintritt. Schreiben wir die Formel fĂŒr die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses auf Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten

Logistische Regression durchleuchten — Wahrscheinlichkeit des Eintretens des Ereignisses, Logistische Regression durchleuchten — Wahrscheinlichkeit des NICHT-Eintretens des Ereignisses

Zum Beispiel, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass das junge, starke und flinke Pferd mit dem Namen „Wetterchen“ das alte, schlaffe Weibchen mit dem Namen „Matilda“ bei einem Rennen ĂŒberholt, gleich ist Logistische Regression durchleuchten, dann betragen die Chancen fĂŒr „Wetterchen“ Logistische Regression durchleuchten zu Logistische Regression durchleuchten Logistische Regression durchleuchten und umgekehrt, wissen wir die Chancen, fĂ€llt es uns leicht, die Wahrscheinlichkeit zu berechnen Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten

So haben wir gelernt, die Wahrscheinlichkeit in Chancen „zu ĂŒbersetzen“, die Werte von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten. Lassen Sie uns einen weiteren Schritt machen und lernen, die Wahrscheinlichkeit auf die gesamte Zahlengerade von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten.

Schritt 2. Lassen Sie uns die Wahrscheinlichkeitswerte in den Bereich Logistische Regression durchleuchten

Dieser Schritt ist sehr einfach – wir logarithmieren die Chancen zur Basis der Eulerschen Zahl Logistische Regression durchleuchten und erhalten:

Logistische Regression durchleuchten

Jetzt wissen wir, dass wenn Logistische Regression durchleuchten, dann ist es sehr einfach, den Wert zu berechnen Logistische Regression durchleuchten , und mehr noch, er sollte positiv sein: Logistische Regression durchleuchten. Das trifft zu.

Aus Neugier werden wir ĂŒberprĂŒfen, dass wenn Logistische Regression durchleuchten, dann erwarten wir, einen negativen Wert zu sehen Logistische Regression durchleuchten. ÜberprĂŒfen wir: Logistische Regression durchleuchten. Alles korrekt.

Jetzt wissen wir, wie wir den Wahrscheinlichkeitswert von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten auf die gesamte Zahlengerade von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten. Im nÀchsten Schritt machen wir alles umgekehrt.

Bis dahin beachten wir, dass gemĂ€ĂŸ den Regeln des Logarithmierens, wenn wir den Funktionswert kennen Logistische Regression durchleuchten, können wir die Chancen berechnen:

Logistische Regression durchleuchten

Diese Methode zur Bestimmung der Chancen wird uns im nĂ€chsten Schritt nĂŒtzlich sein.

Schritt 3. Lassen Sie uns die Formel zur Bestimmung Logistische Regression durchleuchten

Also haben wir gelernt, dass wir, wenn wir wissen Logistische Regression durchleuchten, die Werte der Funktion finden können Logistische Regression durchleuchten. Aber tatsĂ€chlich brauchen wir alles genau umgekehrt – wenn wir den Wert kennen Logistische Regression durchleuchten , um Logistische Regression durchleuchtenzu finden. Dazu gehen wir auf das Konzept der inversen Funktion der Chancen zurĂŒck, gemĂ€ĂŸ dem:

Logistische Regression durchleuchten

In diesem Artikel werden wir die genannte Formel nicht ableiten, aber wir werden sie mit den Zahlen aus dem obigen Beispiel ĂŒberprĂŒfen. Wir wissen, dass bei Chancen von 4 zu 1 (Logistische Regression durchleuchten), die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Ereignisses 0,8 betrĂ€gt (Logistische Regression durchleuchten). Lassen Sie uns substituieren: Logistische Regression durchleuchten. Das stimmt mit unseren vorherigen Berechnungen ĂŒberein. Gehen wir weiter.

Im letzten Schritt haben wir abgeleitet, dass Logistische Regression durchleuchten, was bedeutet, dass wir in der inversen Funktion der Chancen substituieren können. Wir erhalten:

Logistische Regression durchleuchten

Teilen wir sowohl den ZĂ€hler als auch den Nenner durch Logistische Regression durchleuchten, dann:

Logistische Regression durchleuchten

Um sicherzustellen, dass wir uns nicht geirrt haben, machen wir eine weitere kleine ÜberprĂŒfung. In Schritt 2 haben wir fĂŒr Logistische Regression durchleuchten festgelegt, dass Logistische Regression durchleuchten. Dann, indem wir den Wert Logistische Regression durchleuchten in die logistische Reaktionsfunktion einsetzen, erwarten wir, dass wir Logistische Regression durchleuchten. Wir setzen ein und erhalten: Logistische Regression durchleuchten

Herzlichen GlĂŒckwunsch, geschĂ€tzter Leser, wir haben gerade die logistische Reaktionsfunktion entwickelt und getestet. Lassen Sie uns das Diagramm der Funktion betrachten.

Diagramm 3 „Logistische Reaktionsfunktion“

Logistische Regression durchleuchten

Code zum Zeichnen des Diagramms

import math

def logit (f):
    return 1/(1+math.exp(-f))

f = np.arange(-7,7,0.05)
p = []

for i in f:
    p.append(logit(i))

fig, axes = plt.subplots(figsize = (14,6), dpi = 80)
plt.plot(f, p, color = 'grey', label = '$ 1 / (1+e^{-w^Tx_i})$')
plt.xlabel('$f(w,x_i) = w^Tx_i$', size = 16)
plt.ylabel('$p_{i+}$', size = 16)
plt.legend(prop = {'size': 14})
plt.show()

In der Literatur kann man diese Funktion auch unter dem Namen antreffen Sigmoidfunktion. Der Grafik ist gut zu entnehmen, dass die wesentliche Änderung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Objekt einer Klasse angehört, in einem relativ kleinen Bereich erfolgt Logistische Regression durchleuchten, irgendwo von Logistische Regression durchleuchten bis Logistische Regression durchleuchten.

Ich schlage vor, zu unserem Kreditanalytiker zurĂŒckzukehren und ihm bei der Berechnung der RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeit zu helfen, sonst lĂ€uft er Gefahr, ohne Bonus dazustehen 🙂

Tabelle 2 „Potenzielle Kreditnehmer“

Logistische Regression durchleuchten

Code zur Erstellung der Tabelle

proba = []
for i in df['f(w,x)']:
    proba.append(round(logit(i),2))
    
df['Probability'] = proba

df[['Der Kreditnehmer', 'Gehalt', 'Zahlung', 'f(w,x)', 'Entscheidung', 'Wahrscheinlichkeit']]

So haben wir die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits ermittelt. Im Großen und Ganzen scheint das der Wahrheit zu entsprechen.

TatsĂ€chlich liegt die Wahrscheinlichkeit, dass Wassja mit einem Gehalt von 120.000 R seine monatlichen Zahlungen von 3.000 R an die Bank leisten kann, nahe bei 100 %. Übrigens mĂŒssen wir verstehen, dass die Bank auch Lesha einen Kredit gewĂ€hren kann, wenn die Politik der Bank zum Beispiel die Kreditvergabe an Kunden mit einer Wahrscheinlichkeit der KreditrĂŒckzahlung von mehr als, sagen wir, 0,3 vorsieht. In diesem Fall bildet die Bank einfach einen grĂ¶ĂŸeren RĂŒckhalt fĂŒr mögliche Verluste.

Es sollte auch angemerkt werden, dass das VerhĂ€ltnis von Gehalt zu Zahlung von mindestens 3 und mit einem Puffer von 5.000 R willkĂŒrlich gewĂ€hlt wurde. Daher konnten wir den Gewichtungsvektor nicht in seiner ursprĂŒnglichen Form verwenden Logistische Regression durchleuchten. Wir mussten die Koeffizienten stark reduzieren, und in dem Fall haben wir jeden Koeffizienten durch 25.000 geteilt, das heißt, im Grunde haben wir das Ergebnis angeglichen. Aber das wurde bewusst gemacht, um das VerstĂ€ndnis des Materials zu Beginn zu vereinfachen. In der RealitĂ€t mĂŒssen wir jedoch nicht erfinden und anpassen, sondern sie finden. Genau in den nĂ€chsten Abschnitten des Artikels werden wir die Gleichungen herleiten, mit denen die Parameter bestimmt werden. Logistische Regression durchleuchten.

04. Methode der kleinsten Quadrate zur Bestimmung des Gewichtungsvektors Logistische Regression durchleuchten in der logistischen Reaktionsfunktion

Uns ist bereits eine solche Methode zur Anpassung des Gewichtungsvektors bekannt Logistische Regression durchleuchten, wie die Methode der kleinsten Quadrate (MNLK) Und warum sollten wir ihn dann nicht in den Aufgaben der binĂ€ren Klassifikation verwenden? TatsĂ€chlich gibt es nichts, was dagegen spricht, ihn zu nutzen. OLS, aber diese Methode in Klassifikationsaufgaben liefert weniger genaue Ergebnisse als Logistic Loss. DafĂŒr gibt es eine theoretische Grundlage. Lassen Sie uns zunĂ€chst ein einfaches Beispiel ansehen.

Angenommen, unsere Modelle (die MSE und Logistic Loss) haben bereits mit der Anpassung des Gewichtungsvektors begonnen Logistische Regression durchleuchten und wir haben die Berechnung in einem bestimmten Schritt gestoppt. Es spielt keine Rolle, ob in der Mitte, am Ende oder am Anfang; wichtig ist, dass wir bereits einige Werte des Gewichtungsvektors haben und annehmen, dass in diesem Schritt die Gewichtungsvektoren Logistische Regression durchleuchten beider Modelle keine Unterschiede aufweisen. Nehmen wir also die erhaltenen Gewichte und setzen sie ein in der logistischen Reaktionsfunktion (Logistische Regression durchleuchten) fĂŒr ein beliebiges Objekt, das zur Klasse gehört Logistische Regression durchleuchten. Wir untersuchen zwei FĂ€lle: einmal, wenn unser Modell gemĂ€ĂŸ dem angepassten Gewichtungsvektor stark falsch liegt, und umgekehrt — wenn das Modell sich sehr sicher ist, dass das Objekt zur Klasse gehört Logistische Regression durchleuchten. Lassen Sie uns anschauen, welche Strafzahlungen bei der Verwendung von OLS und Logistic Loss.

Code zur Berechnung der Strafen abhÀngig von der verwendeten Verlustfunktion

# Đșласс ĐŸĐ±ŃŠĐ”Đșта
y = 1
# ĐČĐ”Ń€ĐŸŃŃ‚ĐœĐŸŃŃ‚ŃŒ ĐŸŃ‚ĐœĐ”ŃĐ”ĐœĐžŃ ĐŸĐ±ŃŠĐ”Đșта Đș Đșлассу ĐČ ŃĐŸĐŸŃ‚ĐČДтстĐČОО с ĐżĐ°Ń€Đ°ĐŒĐ”Ń‚Ń€Đ°ĐŒĐž w
proba_1 = 0.01

MSE_1 = (y - proba_1)**2
print 'йтраф MSE про ĐłŃ€ŃƒĐ±ĐŸĐč ĐŸŃˆĐžĐ±ĐșĐ” =', MSE_1

# ĐœĐ°ĐżĐžŃˆĐ”ĐŒ Ń„ŃƒĐœĐșцою ĐŽĐ»Ń ĐČŃ‹Ń‡ĐžŃĐ»Đ”ĐœĐžŃ f(w,x) про ОзĐČĐ”ŃŃ‚ĐœĐŸĐč ĐČĐ”Ń€ĐŸŃŃ‚ĐœĐŸŃŃ‚Đž ĐŸŃ‚ĐœĐ”ŃĐ”ĐœĐžŃ ĐŸĐ±ŃŠĐ”Đșта Đș Đșлассу +1 (f(w,x)=ln(odds+))
def f_w_x(proba):
    return math.log(proba/(1-proba)) 

LogLoss_1 = math.log(1+math.exp(-y*f_w_x(proba_1)))
print 'йтраф Log Loss про ĐłŃ€ŃƒĐ±ĐŸĐč ĐŸŃˆĐžĐ±ĐșĐ” =', LogLoss_1

proba_2 = 0.99

MSE_2 = (y - proba_2)**2
LogLoss_2 = math.log(1+math.exp(-y*f_w_x(proba_2)))

print '**************************************************************'
print 'йтраф MSE про ŃĐžĐ»ŃŒĐœĐŸĐč уĐČĐ”Ń€Đ”ĐœĐœĐŸŃŃ‚Đž =', MSE_2
print 'йтраф Log Loss про ŃĐžĐ»ŃŒĐœĐŸĐč уĐČĐ”Ń€Đ”ĐœĐœĐŸŃŃ‚Đž =', LogLoss_2

Fall mit grobem Fehler — das Modell weist das Objekt mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,01 der Klasse zu. Logistische Regression durchleuchten Die Strafe bei der Verwendung von

betrÀgt: OLS Fall mit starker Sicherheit
Logistische Regression durchleuchten

betrÀgt: Logistic Loss Fall mit starker Sicherheit
Logistische Regression durchleuchten

mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,99. — das Modell weist das Objekt mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,01 der Klasse zu. Logistische Regression durchleuchten Dieses Beispiel veranschaulicht gut, dass bei grobem Fehler die Verlustfunktion

betrÀgt: OLS Fall mit starker Sicherheit
Logistische Regression durchleuchten

betrÀgt: Logistic Loss Fall mit starker Sicherheit
Logistische Regression durchleuchten

Log Loss das Modell wesentlich stĂ€rker bestraft als . Lassen Sie uns nun herausfinden, welche theoretischen Voraussetzungen fĂŒr die Verwendung der Verlustfunktion MSEin Klassifikationsaufgaben gelten. das Modell wesentlich stĂ€rker bestraft als 05. Maximum-Likelihood-Methode und logistische Regression

Wie zu Beginn versprochen, strotzt der Artikel vor einfachen Beispielen. Im Studio ein weiteres Beispiel und alte Bekannte — die Bankkreditnehmer: Wassja, Fedja und Lesja.

Vorsichtshalber, bevor wir das Beispiel weiterentwickeln, erinnere ich daran, dass wir im wirklichen Leben mit einem Trainingsdatensatz von Tausenden oder Millionen von Objekten mit Dutzenden oder Hunderten von Merkmalen zu tun haben. Hier wurden die Zahlen jedoch so gewÀhlt, dass sie leicht im Kopf eines angehenden Data Scientists verankert werden können.

Um auf Nummer sicher zu gehen, erinnere ich daran, dass wir im Leben mit einem Trainingsdatensatz aus tausenden oder Millionen von Objekten mit Dutzenden oder Hunderten von Merkmalen arbeiten. Die Zahlen wurden hier jedoch so gewÀhlt, dass sie leicht im Kopf eines beginnenden Data Scientists bleiben.

Kehren wir zu unserem Beispiel zurĂŒck. Stellen wir uns vor, der Bankdirektor beschloss, Kredite an alle BedĂŒrftigen zu vergeben, obwohl der Algorithmus angezeigt hatte, dass er es Alex nicht gewĂ€hren sollte. Und so verging genĂŒgend Zeit, und wir erfuhren, wer von den drei Protagonisten den Kredit zurĂŒckgezahlt hat und wer nicht. Wie zu erwarten war, haben Wanja und Fedja den Kredit zurĂŒckgezahlt, Alex jedoch nicht. Stellen wir uns nun vor, dieses Ergebnis wird fĂŒr uns zu einer neuen Trainingsdatenreihe, wĂ€hrend wir gleichzeitig so tun, als ob alle Daten zu den Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits beeinflussen (Einkommen des Kreditnehmers, Höhe der monatlichen Zahlung), verschwunden wĂ€ren. Dann können wir intuitiv annehmen, dass jeder dritte Kreditnehmer dem Kreditgeber den Kredit nicht zurĂŒckzahlt, oder anders gesagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der nĂ€chste Kreditnehmer den Kredit zurĂŒckzahlt, niedrig ist. Logistische Regression durchleuchten. Dieser intuitive Annahme liegt eine theoretische BestĂ€tigung zugrunde, die sich auf die Maximum-Likelihood-Methode, die in der Literatur oft als Maximum-Likelihood-Prinzip.

bezeichnet wird. ZunÀchst lassen Sie uns mit dem Begriff vertraut machen.

Die Wahrscheinlichkeit der Stichprobe ist die Wahrscheinlichkeit, genau diese Stichprobe, genau diese Beobachtungen / Ergebnisse zu erhalten, d.h. das Produkt der Wahrscheinlichkeiten fĂŒr jedes der Ergebnisse der Stichprobe (zum Beispiel, dass Wanja, Fedja und Alex gleichzeitig den Kredit zurĂŒckgezahlt oder nicht zurĂŒckgezahlt haben).

Die Likelihood-Funktion verknĂŒpft die Wahrscheinlichkeit der Stichprobe mit den Werten der Verteilungsparameter.

In unserem Fall stellt die Trainingsprobe ein verallgemeinertes Bernoulli-Schema dar, bei dem die Zufallsvariable nur zwei Werte annimmt: Logistische Regression durchleuchten oder Logistische Regression durchleuchten. Daher kann die Wahrscheinlichkeit der Stichprobe als Funktion der Likelihood des Parameters formuliert werden. Logistische Regression durchleuchten folgendermaßen ausfĂŒhren:

Logistische Regression durchleuchten
Logistische Regression durchleuchten

Die obige Darstellung kann wie folgt interpretiert werden. Die gemeinsame Wahrscheinlichkeit, dass Wanja und Fedja den Kredit zurĂŒckzahlen, ist gleich Logistische Regression durchleuchten, die Wahrscheinlichkeit, dass Alex den Kredit NICHT zurĂŒckzahlt, ist gleich Logistische Regression durchleuchten (da tatsĂ€chlich keine RĂŒckzahlung des Kredits stattfand), daher ist die gemeinsame Wahrscheinlichkeit aller drei Ereignisse gleich Logistische Regression durchleuchten.

Die Maximum-Likelihood-Methode ist eine Methode zur SchĂ€tzung eines unbekannten Parameters durch Maximierung der Likelihood-Funktion. In unserem Fall muss der Wert gefunden werden, Logistische Regression durchleuchten, fĂŒr den Logistische Regression durchleuchten maximal ist.

Woher stammt eigentlich die Idee, den Wert eines unbekannten Parameters zu suchen, bei dem die Likelihood-Funktion ihr Maximum erreicht? Die Wurzeln der Idee stammen aus der Vorstellung, dass die Stichprobe die einzige verfĂŒgbare Informationsquelle ĂŒber die Grundgesamtheit ist. Alles, was wir ĂŒber die Grundgesamtheit wissen, ist in der Stichprobe enthalten. Daher können wir nur sagen, dass die Stichprobe die genaueste Darstellung der Grundgesamtheit ist, die uns zur VerfĂŒgung steht. Folglich mĂŒssen wir einen Parameter finden, bei dem die gegebene Stichprobe am wahrscheinlichsten ist.

Offensichtlich handelt es sich um eine Optimierungsaufgabe, bei der ein Extrempunkt der Funktion gefunden werden muss. Um einen Extrempunkt zu finden, muss die Bedingung erster Ordnung betrachtet werden, das heißt, die Ableitung der Funktion wird gleich null gesetzt und die Gleichung nach dem gesuchten Parameter gelöst. Der Versuch, die Ableitung eines Produkts vieler Faktoren zu finden, kann jedoch langwierig sein; um dies zu vermeiden, gibt es eine spezielle Methode – den Übergang zum Logarithmus. Likelihood-Funktion. Warum ist ein solcher Übergang möglich? Beachten wir, dass wir nicht das Extremum der Funktion selbst suchen,Logistische Regression durchleuchten, sondern den Extrempunkt, also den Wert des unbekannten Parameters, Logistische Regression durchleuchten, fĂŒr den Logistische Regression durchleuchten der das Maximum erreicht. Bei der Umstellung auf den Logarithmus bleibt der Extrempunkt unverĂ€ndert (auch wenn das Extremum selbst anders sein wird), da der Logarithmus eine monotone Funktion ist.

Lassen Sie uns gemĂ€ĂŸ dem Vorstehenden unser Beispiel mit den Krediten von Wanja, Fedja und Lesha weiterentwickeln. ZunĂ€chst wechseln wir zu dem Logarithmus der Likelihood-Funktion.:

Logistische Regression durchleuchten

Jetzt können wir den Ausdruck leicht nach Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten

differenzieren. Und schließlich betrachten wir die Bedingung erster Ordnung – wir setzen die Ableitung der Funktion gleich null:

Logistische Regression durchleuchten

Somit wurde unsere intuitive SchÀtzung der Wahrscheinlichkeit der Kredittilgung Logistische Regression durchleuchten theoretisch untermauert.

Wunderbar, was sollen wir jetzt mit diesen Informationen tun? Wenn wir annehmen, dass jeder dritte Kreditnehmer das Geld nicht an die Bank zurĂŒckzahlt, wird die Bank unweigerlich bankrottgehen. So ist es, aber wenn wir die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits als gleich betrachten Logistische Regression durchleuchten Wir haben die Faktoren, die die RĂŒckzahlung des Kredits beeinflussen, nicht berĂŒcksichtigt: das Gehalt des Kreditnehmers und die Höhe der monatlichen Zahlung. Erinnern wir uns, dass wir zuvor die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits fĂŒr jeden Kunden unter BerĂŒcksichtigung dieser Faktoren berechnet haben. Es ist logisch, dass sich auch die Wahrscheinlichkeiten von der konstanten Wahrscheinlichkeit unterscheiden. Logistische Regression durchleuchten.

Lassen Sie uns die Wahrscheinlichkeit der Stichproben bestimmen:

Code zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten der Stichproben

from functools import reduce

def likelihood(y,p):
    line_true_proba = []
    for i in range(len(y)):
        ltp_i = p[i]**y[i]*(1-p[i])**(1-y[i])
        line_true_proba.append(ltp_i)
    likelihood = []
    return reduce(lambda a, b: a*b, line_true_proba)
        
    
y = [1.0,1.0,0.0]
p_log_response = df['Probability']
const = 2.0/3.0
p_const = [const, const, const]


print 'Wahrscheinlichkeit der Stichprobe bei konstantem Wert p=2/3:', round(likelihood(y,p_const),3)

print '****************************************************************************************************'

print 'Wahrscheinlichkeit der Stichprobe bei berechnetem Wert p:', round(likelihood(y,p_log_response),3)

Wahrscheinlichkeit der Stichprobe bei konstantem Wert Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten

Wahrscheinlichkeit der Stichprobe bei Berechnung der RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeit unter BerĂŒcksichtigung der Faktoren Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten
Logistische Regression durchleuchten

Die Wahrscheinlichkeit der Stichprobe, die mit berĂŒcksichtigten Faktoren berechnet wurde, war höher als die Wahrscheinlichkeit bei konstantem Wert. Was bedeutet das? Es bedeutet, dass das Wissen ĂŒber die Faktoren es ermöglicht hat, die RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeit fĂŒr jeden Kunden genauer zu bestimmen. Daher wĂ€re es bei der Vergabe eines neuen Kredits richtiger, das im letzten Abschnitt 3 des Artikels vorgestellte Modell zur Bewertung der RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeit zu verwenden.

Aber wenn wir die Wahrscheinlichkeit maximieren mĂŒssen, die Funktion der Wahrscheinlichkeit der Stichprobe,, warum nicht einen Algorithmus verwenden, der Wahrscheinlichkeiten fĂŒr Wanja, Fedya und Lesha beispielsweise gleich 0,99, 0,99 und 0,01 ausgibt? Möglicherweise wird sich ein solcher Algorithmus auf der Trainingsstichprobe gut bewĂ€hren, da er den Wert der Wahrscheinlichkeit der Stichprobe nĂ€herbringen könnte. Logistische Regression durchleuchten, aber erstens wird ein solcher Algorithmus wahrscheinlich Schwierigkeiten mit der GeneralisierungsfĂ€higkeit haben, zweitens wird dieser Algorithmus sicherlich nicht linear sein. Und wenn die Methoden zur BekĂ€mpfung von Überanpassung (also eine schwache GeneralisierungsfĂ€higkeit) offensichtlich nicht Teil dieses Artikels sind, dann lassen Sie uns den zweiten Punkt nĂ€her betrachten. Dazu genĂŒgt es, eine einfache Frage zu beantworten. Kann die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung eines Kredits durch Wassja und Fedja unter BerĂŒcksichtigung der uns bekannten Faktoren gleich sein? Nach gesunden Menschenverstand kann die Antwort natĂŒrlich nein, kann sie nicht. So wird Wassja 2,5% seines Gehalts pro Monat fĂŒr die RĂŒckzahlung des Kredits aufwenden, wĂ€hrend Fedja fast 27,8% aufbringen wird. Auch auf Grafik 2 „Klassifikation der Kunden“ sehen wir, dass Wassja deutlich weiter von der Linie entfernt ist, die die Klassen trennt, als Fedja. Und schließlich wissen wir, dass die Funktion Logistische Regression durchleuchten fĂŒr Wassja und Fedja unterschiedliche Werte annimmt: 4,24 fĂŒr Wassja und 1,0 fĂŒr Fedja. Wenn Fedja zum Beispiel ein Vielfaches mehr verdienen oder einen kleineren Kredit beantragen wĂŒrde, dann wĂ€ren die RĂŒckzahlungswahrscheinlichkeiten fĂŒr Wassja und Fedja Ă€hnlich. Mit anderen Worten, eine lineare AbhĂ€ngigkeit lĂ€sst sich nicht tĂ€uschen. Und hĂ€tten wir tatsĂ€chlich die Koeffizienten Logistische Regression durchleuchten, und nicht aus der Luft gegriffen, könnten wir mit Zuversicht behaupten, dass unsere Werte Logistische Regression durchleuchten am besten die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits durch jeden Kreditnehmer einschĂ€tzen, aber da wir vereinbart haben, dass die Bestimmung der Koeffizienten Logistische Regression durchleuchten nach allen Regeln durchgefĂŒhrt wurde, werden wir auch so verfahren – unsere Koeffizienten ermöglichen es uns, die Wahrscheinlichkeit besser einzuschĂ€tzen 🙂

Aber wir sind abgeschweift. In diesem Abschnitt mĂŒssen wir klĂ€ren, wie der Gewichtungsvektor Logistische Regression durchleuchten, der notwendig ist, um die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung des Kredits durch jeden Kreditnehmer zu bewerten, definiert wird.

Zusammenfassend fassen wir zusammen, mit welchem Arsenal wir auf die Suche nach den Koeffizienten gehen Logistische Regression durchleuchten:

1. Wir nehmen an, dass die AbhĂ€ngigkeit zwischen der Zielvariable (der prognostizierten GrĂ¶ĂŸe) und dem Faktor, der das Ergebnis beeinflusst – linear ist. Aus diesem Grund wird verwendet, die Funktion der linearen Regression vom Typ Logistische Regression durchleuchten, dessen Linie die Objekte (Kunden) in Klassen einteilt Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten oder Logistische Regression durchleuchten (Kunden, die den Kredit zurĂŒckzahlen können und solche, die dies nicht können). In unserem Fall hat die Gleichung die Form Logistische Regression durchleuchten.

2. Wir verwenden die Funktion der inversen Logit-Transformation vom Typ Logistische Regression durchleuchten um die Wahrscheinlichkeit der Zugehörigkeit eines Objekts zur Klasse zu bestimmen Logistische Regression durchleuchten.

3. Wir betrachten unsere Trainingsstichprobe als eine Umsetzung der Verallgemeinerung Bernoulli-Schemata, das heißt, fĂŒr jedes Objekt wird eine ZufallsgrĂ¶ĂŸe generiert, die mit einer Wahrscheinlichkeit Logistische Regression durchleuchten (eigen fĂŒr jedes Objekt) den Wert 1 annimmt und mit einer Wahrscheinlichkeit Logistische Regression durchleuchten – 0.

4. Wir wissen, dass wir maximieren mĂŒssen die Funktion der Wahrscheinlichkeit der Stichprobe, , unter BerĂŒcksichtigung der angenommenen Faktoren, damit die vorhandene Stichprobe am glaubwĂŒrdigsten wird. Mit anderen Worten, wir mĂŒssen Parameter finden, bei denen die Stichprobe am glaubwĂŒrdigsten ist. In unserem Fall ist der gesuchte Parameter die Wahrscheinlichkeit der KreditrĂŒckzahlung Logistische Regression durchleuchten, die ihrerseits von unbekannten Koeffizienten abhĂ€ngt Logistische Regression durchleuchten. Das bedeutet, wir mĂŒssen einen solchen Gewichtungsvektor finden Logistische Regression durchleuchten, bei dem die GlaubwĂŒrdigkeit der Stichprobe maximal ist.

5. Wir wissen, dass zur Maximierung der GlaubwĂŒrdigkeitsfunktion der Stichprobe kann man verwenden Maximum-Likelihood-Verfahren. Und wir kennen alle Tricks, um mit dieser Methode zu arbeiten.

So ergibt sich eine mehrstufige Vorgehensweise 🙂

Und jetzt erinnern wir uns, dass wir zu Beginn des Artikels zwei Arten von Verlustfunktionen ableiten wollten Logistic Loss , abhÀngig davon, wie die Klassen der Objekte benannt sind. Es hat sich so ergeben, dass in Klassifikationsaufgaben mit zwei Klassen die Klassen als Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten oder Logistische Regression durchleuchtenbezeichnet werden. Je nach Benennung ergibt sich die entsprechende Verlustfunktion.

Fall 1. Klassifikation von Objekten in Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten

FrĂŒher, bei der Bestimmung der GlaubwĂŒrdigkeit der Stichprobe, bei der die Wahrscheinlichkeit der RĂŒckzahlung der Schulden durch den Kreditnehmer aus Faktoren und vorgegebenen Koeffizienten berechnet wurde Logistische Regression durchleuchten, haben wir die Formel angewendet:

Logistische Regression durchleuchten

TatsĂ€chlich Logistische Regression durchleuchten — ist das der Wert der logistischen Reaktionsfunktion Logistische Regression durchleuchten fĂŒr einen gegebenen Gewichtungsvektor Logistische Regression durchleuchten

Dann steht uns nichts im Wege, die GlaubwĂŒrdigkeitsfunktion der Stichprobe so zu schreiben:

Logistische Regression durchleuchten

Es kommt vor, dass es manchmal einigen angehenden Analysten schwerfÀllt, sofort zu verstehen, wie diese Funktion funktioniert. Lassen Sie uns 4 kurze Beispiele betrachten, die alles klarstellen werden:

1. Wenn Logistische Regression durchleuchten (d.h. gemĂ€ĂŸ der Trainingsstichprobe gehört das Objekt zur Klasse +1), und unser Algorithmus Logistische Regression durchleuchten bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt zur Klasse Logistische Regression durchleuchten gleich 0.9 gehört, dann wird dieser Teil der GlaubwĂŒrdigkeit der Stichprobe so berechnet:

Logistische Regression durchleuchten

2. Wenn Logistische Regression durchleuchten, und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Berechnung so aussehen:

Logistische Regression durchleuchten

3. Wenn Logistische Regression durchleuchten, und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Berechnung so aussehen:

Logistische Regression durchleuchten

4. Wenn Logistische Regression durchleuchten, und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Berechnung so aussehen:

Logistische Regression durchleuchten

Offensichtlich wird die GlaubwĂŒrdigkeitsfunktion in den FĂ€llen 1 und 3 oder im Allgemeinen maximiert — bei richtig erratenen Werten der Wahrscheinlichkeiten, dass das Objekt zur Klasse gehört Logistische Regression durchleuchten.

In Anbetracht dessen, dass bei der Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, dass das Objekt zur Klasse gehört Logistische Regression durchleuchten Uns sind nur die Koeffizienten nicht bekannt Logistische Regression durchleuchten, die wir suchen werden. Wie oben erwĂ€hnt, handelt es sich um ein Optimierungsproblem, bei dem wir zunĂ€chst die Ableitung der Likelihood-Funktion nach dem Gewichtungsvektor finden mĂŒssen Logistische Regression durchleuchten. Es macht jedoch Sinn, die Aufgabe im Vorfeld zu vereinfachen: Wir suchen die Ableitung des Logarithmus Likelihood-Funktion.

Logistische Regression durchleuchten

Warum wir nach der Logarithmierung in der logistischen Fehlerfunktion, haben wir das Vorzeichen geĂ€ndert von Logistische Regression durchleuchten auf Logistische Regression durchleuchten. Das ist ganz einfach, da es in der Bewertung der ModellqualitĂ€t ĂŒblich ist, den Funktionswert zu minimieren, haben wir die rechte Seite des Ausdrucks mit Logistische Regression durchleuchten multipliziert und anstelle von Maximierung minimieren wir nun die Funktion.

TatsĂ€chlich wurde hier gerade vor Ihren Augen die Verlustfunktion mĂŒhsam abgeleitet - Logistic Loss fĂŒr die Trainingsdaten mit zwei Klassen: Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten.

Um die Koeffizienten zu finden, mĂŒssen wir nur die Ableitung finden der logistischen Fehlerfunktion und anschließend, unter Verwendung numerischer Optimierungsmethoden wie Gradientensenkung oder stochastische Gradientensenkung, die optimalsten Koeffizienten ermitteln Logistische Regression durchleuchten. Aber da der Umfang des Artikels bereits nicht unerheblich ist, wird vorgeschlagen, die Differenzierung selbst durchzufĂŒhren oder vielleicht wird dies das Thema des nĂ€chsten Artikels mit mehr Arithmetik ohne so viele ausfĂŒhrliche Beispiele sein.

Fall 2. Klassifizierung von Objekten in Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten

Der Ansatz hier wird derselbe sein wie bei den Klassen Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten, aber der Weg zur Ableitung der Verlustfunktion Logistic Loss, wird verzweigter sein. Lass uns anfangen. FĂŒr die Likelihood-Funktion verwenden wir den Operator „wenn
, dann
“. Das heißt, wenn Logistische Regression durchleuchtendas Objekt zur Klasse Logistische Regression durchleuchtengehört, verwenden wir zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit der Auswahl die Wahrscheinlichkeit Logistische Regression durchleuchten, wenn das Objekt zur Klasse Logistische Regression durchleuchtengehört, setzen wir in die Likelihood ein Logistische Regression durchleuchten. So sieht die Likelihood-Funktion aus:

Logistische Regression durchleuchten

Um es anschaulich zu machen, betrachten wir 4 FĂ€lle:

1. Wenn Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Wahrscheinlichkeit der Auswahl „einfließen“ Logistische Regression durchleuchten

2. Wenn Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Wahrscheinlichkeit der Auswahl „einfließen“ Logistische Regression durchleuchten

3. Wenn Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Wahrscheinlichkeit der Auswahl „einfließen“ Logistische Regression durchleuchten

4. Wenn Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten, dann wird die Wahrscheinlichkeit der Auswahl „einfließen“ Logistische Regression durchleuchten

Offensichtlich wird im Fall 1 und 3, wenn die Wahrscheinlichkeiten korrekt vom Algorithmus bestimmt wurden, die Likelihood-Funktion maximiert, und genau das wollten wir erreichen. Dieser Ansatz ist jedoch recht umstÀndlich, und wir werden eine kompaktere Darstellung betrachten. ZunÀchst logarithmieren wir die Likelihood-Funktion und Àndern das Vorzeichen, da wir sie jetzt minimieren werden.

Logistische Regression durchleuchten

Setzen wir anstelle von Logistische Regression durchleuchten den Ausdruck ein Logistische Regression durchleuchten:

Logistische Regression durchleuchten

Vereinfachen wir den rechten Summanden unter dem Logarithmus mit einfachen arithmetischen Methoden und erhalten:

Logistische Regression durchleuchten

Jetzt ist es an der Zeit, den Operator loszuwerden „wenn
, dann
“. Beachten Sie, dass wenn das Objekt Logistische Regression durchleuchten zur Klasse Logistische Regression durchleuchtengehört, dann im Ausdruck unter dem Logarithmus, im Nenner, Logistische Regression durchleuchten in die Potenz Logistische Regression durchleuchten, wenn das Objekt zur Klasse Logistische Regression durchleuchtengehoben wird, dann wird $e$ in die Potenz Logistische Regression durchleuchten. Folglich kann die Darstellung der Potenz vereinfacht werden — beide FĂ€lle können in einem kombiniert werden: Logistische Regression durchleuchten. Dann die Funktion des logistischen Fehlers nimmt die Form an:

Logistische Regression durchleuchten

Entsprechend den Regeln der Logarithmierung kehren wir den Bruch um und bringen das Zeichen "Logistische Regression durchleuchten" (Minus) aus dem Logarithmus heraus und erhalten:

Logistische Regression durchleuchten

Vor Ihnen steht die Verlustfunktion logistic Loss, die in TrainingsdatensÀtzen mit Objekten, die zu Klassen gehören, Anwendung findet: Logistische Regression durchleuchten und Logistische Regression durchleuchten.

Nun, an dieser Stelle verabschiede ich mich und wir beenden den Artikel.

Logistische Regression durchleuchten Die vorherige Arbeit des Autors — „Wir bringen die lineare Regressionsgleichung in eine Matrixdarstellung“

Hilfsmaterialien

1. Literatur

1) Angewandte Regressionsanalyse / N. Draper, G. Smith – 2. Aufl. – Moskau: Finanzen und Statistik, 1986 (Übersetzung aus dem Englischen)

2) Wahrscheinlichkeitstheorie und mathematische Statistik / V.E. Gmurmаn – 9. Aufl. – Moskau: Hochschule, 2003

3) Wahrscheinlichkeitstheorie / N.I. Tschernowa – Nowosibirsk: Staatliche UniversitĂ€t Nowosibirsk, 2007

4) GeschĂ€ftsanalyse: Von Daten zu Wissen / Paklin N.B., Oreschkow W.I. – 2. Aufl. – Sankt Petersburg: Piter, 2013

5) Data Science Wissenschaft der Daten von Grund auf / Joel Grass – Sankt Petersburg: BHV Petersburg, 2017

6) Praktische Statistik fĂŒr Data Science Spezialisten / P. Bruce, E. Bruce – Sankt Petersburg: BHV Petersburg, 2018

2. Vorlesungen, Kurse (Videos)

1) Das Wesen der Maximum-Likelihood-Methode, Boris Demeshev

2) Maximum-Likelihood-Methode im kontinuierlichen Fall, Boris Demeshev

3) Logistische Regression. Offener Kurs ODS, Yury Kashnitsky

4) Vorlesung 4, Jewgeni Sokolow (ab 47. Minuten Video)

5) Logistische Regression, Wjatscheslaw Woronzow

3. Internetquellen

1) Lineare Klassifikations- und Regressionsmodelle

2) Wie man die logistische Regression leicht versteht

3) Logistische Fehlerfunktion

4) UnabhÀngige Versuche und die Bernoulli-Formel

5) Ballade ĂŒber MMM

6) Die Maximum-Likelihood-Methode

7) Formeln und Eigenschaften von Logarithmen

8) Warum die Zahl Logistische Regression durchleuchten?

9) Linearer Klassifikator

Quelle: habr.com

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