【作业三】林轩田机器学习基石

关注了Q18~Q20三道编程作业题。这三道题都与Logistic Regression相关。

Q18~19是用全量梯度下降实现Logistic Regression；Q20要求用随机梯度下降实现Logistic Regression。

【作业三】林轩田机器学习基石

这三题的代码都何在一个py文件中了。个人觉得，这道题的程序设计，完全用了矢量化编程的路子；运行效率很快，迭代2000次，基本是1秒完成。

#encoding=utf8
import sys
import numpy as np
import math
from random import *

# read input data ( train or test )
def read_input_data(path):
    x = []
    y = []
    for line in open(path).readlines():
        items = line.strip().split(' ')
        tmp_x = []
        for i in range(0,len(items)-1): tmp_x.append(float(items[i]))
        x.append(tmp_x)
        y.append(float(items[-1]))
    return np.array(x),np.array(y)

# calculate graident of Ein
def calculate_gradient(w, x, y):
    s = np.dot(w, x.transpose())*y
    theta = 1.0/(1+np.exp(s))
    gradient_all = theta.reshape(-1,1)*(-1)*y.reshape(-1,1)*x
    gradient_average = np.sum(gradient_all, axis=0)
    return gradient_average / gradient_all.shape[0]


# update W combine with gradient result and learning rate (ita)
def update_W(w, ita, gradient):
    return w - ita*gradient

# test result
def calculate_Eout(w, x, y):
    scores = 1/(1+np.exp((-1)*np.dot(w, x.transpose())))
    predicts = np.where(scores>=0.5,1.0,-1.0)
    Eout = sum(predicts!=y)
    return (Eout*1.0) / predicts.shape[0]

if __name__ == '__main__':
    # read train data
    x,y = read_input_data("train.dat")
    # add '1' column
    x = np.hstack((np.ones(x.shape[0]).reshape(-1,1),x))

    ## fix learning rate gradient descent
    T1 = 2000
    ita1 = 0.01
    w1 = np.zeros(x.shape[1])
    for i in range(0,T1):
        gradient = calculate_gradient(w1, x, y)
        w1 = update_W(w1, ita1, gradient)

    ## fix learning rate stochastic gradient descent
    T2 = 20
    ita2 = 0.1
    w2 = np.zeros(x.shape[1])
    for i in range(0,T2):
        x_n = x[i%x.shape[0]]
        y_n = y[i%y.shape[0]]
        gradient = calculate_gradient(w2, x_n, y_n)
        w2 = update_W(w2, ita2, gradient)

    # test
    test_x,test_y = read_input_data("test.dat")
    test_x = np.hstack((np.ones(test_x.shape[0]).reshape(-1,1),test_x))
    Eout1 = calculate_Eout(w1, test_x, test_y)
    Eout2 = calculate_Eout(w2, test_x, test_y)
    print Eout1
    print Eout2

程序效率比较高，主要得益于python numpy非常便捷的各种矩阵操作运算。

通过这几道作业题

（1）熟悉了Logistic Regression的梯度求解公式：

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（2）体会了learning rate的作用。如果learning rate很小，可能需要迭代很多次才能得到满意的结果（把Q18的迭代次数调整到20W次，可以达到0.22的error rate）

　　但是，之前的经验是，learning rate不敢选太大（一般0.01就挺大了）。learning rate这个真是技术活儿，跟算法有关，跟实际的数据也有关。

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