深度学习——练习

对于深度学习的基础，线性回归以及逻辑回归，下面针对这两个方面做一个练习。

例子主要参考http://openclassroom.stanford.edu/MainFolder/CoursePage.php?course=DeepLearning

一、线性回归

下载数据http://openclassroom.stanford.edu/MainFolder/courses/DeepLearning/exercises/ex2materials/ex2Data.zip

数据中给出了2-8岁小孩的升高数据，y中代表的是测量的升高（米），x对应的年龄

这样每一个对应的(x,y)构成一个训练集，在这个数据中共有50个训练集，我们的目标就是利用这50个数据构建线性模型。

解决这个问题我们使用梯度下降法，这个在前面已经有介绍。

初始准备：

1、导入数据

x = load('ex2x.dat');

y = load('ex2y.dat');

这个问题的输入变量就只有年龄，也就是这个问题是一个一维线性问题，具体的表达h=ax+b，规范化了也就是为下面可以方便的转向量矩阵计算表达式如下：

这里；

这样，上述表达式可以写成，这里的x为

为了形象性的了解整个数据的分别，将怎么数据的分别画出来，

在解决这个问题之前，我们先把所有样本计算模型时的设为1，具体操作如下：

m = length(y);

x = [ones(m,1),x];

具体解决过程

下面针对这个问题实现线性回归。线性回归的模型：

批量梯度下降迭代规则是：

在我们目前这个问题当中，j=0或者1，theta的初始值为0，即，

在这里我们对于学习率，在Matlab中，索引是从1开始的，因此我们写的时候要通过theta(1) and theta(2) 来代表 和.

重复上述迭代规则，直到收敛，这样最终求得的 和就是我们要求得的值，这边迭代次数设为1500。

这边说一下代价函数：

前面加了1/2为了方便计算，便于求导.通过对代价函数求到计算梯度，得到上述过程。

具体代码：

>> theta = zeros(size(x(1,:)))';
>> theta
theta =
0
0
>> MAX_ITR = 1500;
>> alpha = 0.07;
>> for num_iterations = 1:MAX_ITR
grad = (1/m).* x' * ((x * theta) - y);
theta = theta - alpha .* grad;
end
>> theta
theta =
0.7502
0.0639
>> plot(x(:,2),y,'o');
>> hold on
>> plot(x(:,2), x*theta, '-')
>> legend('Training data', 'Linear regression')

最终结果如下图：

最后根据得到的模型来预测3.5岁和7岁小孩的身高，则代码如下：

>> predict1 = [1,3.5] * theta

predict1 =

0.9737

>> predict2 = [1, 7] * theta

predict2 =

1.1973

为了更形象的理解整个线性回归，对代价函数进行可视化分析，具体代码如下：

>> J_vals = zeros(100, 100); % initialize Jvals to 100x100 matrix of 0's
>> theta0_vals = linspace(-3, 3, 100);
>> theta1_vals = linspace(-1, 1, 100);
>> for i = 1:length(theta0_vals)
for j = 1:length(theta1_vals)
t = [theta0_vals(i); theta1_vals(j)];
J_vals(i,j) = (0.5/m) .* (x * t - y)' * (x * t - y);
end
end
>> J_vals = J_vals';
>>figure;
>> surf(theta0_vals, theta1_vals, J_vals);
>>xlabel('	heta_0');
>> ylabel('	heta_1')

得到如下图：

通过这个图，我们可以看出最小J值得时候，theta0跟theta1的大小。

另外我们可以绘制等高线，通过等高线也可以很好的理解一下。

具体效果如下图：

具体代码：

contour(theta0_vals, theta1_vals, J_vals, logspace(-2, 2, 15))

xlabel(' heta_0'); ylabel(' heta_1')

等高线不好理解的话，可以考虑一个简单的圆的方程，令半径从1开始慢慢变大，可以画出类似等高线，这样就可以清楚越往中间，代价函数值越小。

这样基本的线性回归就解决了。下面开始学习多变量的线性回归。