$ v0 G' O1 E7 P2 u% s3 ww 7 f: ^0 E, q( j' T+ J$ R6 ?: n; K
0 9 V7 S& X9 n. n$ N/ n6 ~: X9 `1 n
6 r! {! Q# @* _1 F
w 1 g0 O$ V/ e) ?$ L& T4 O8 i8 S5 R
1% s4 E7 D# `0 F# n% U% h6 Z& C
& I$ p/ }6 z# p& q
! K5 _6 `% P$ p' X3 K: \
⋮ 5 P3 ?! _0 f: s$ Mw " @. P, z7 b& l; a/ ^5 p: @m% P" L: f' f- U# h6 n. v) f; x& k
4 f4 R2 x" v5 i* K$ P
5 g( w) x5 {, e) [# k9 d , B' O8 U3 z& s' Z& [ R$ j3 K: @! ?, X- ~6 N$ V
⎠8 z7 |0 L7 L" Q6 D$ h
⎞ 5 ?& I, G5 t" c1 P& R& N' S s5 i$ A& e8 z5 ]
3 q+ _2 k P8 K0 k
(m+1)×1 " f! t: g6 J" r6 f9 T3 C1 P' ^9 c6 u: i
.2 K3 H8 t/ y* U: j9 }
' Z- u6 v% r! W9 c/ ~
在这种表示方法下,有& X: a+ s( N( Z0 H( Q
( f ( x 1 ) f ( x 2 ) ⋮ f ( x N ) ) = X W . 3 X, g: j' ^3 B- q: X7 @1 x9 t7 E⎛⎝⎜⎜⎜⎜f(x1)f(x2)⋮f(xN)⎞⎠⎟⎟⎟⎟$ T( c T; L# x/ y; ~0 `
(f(x1)f(x2)⋮f(xN))- n+ Z& R$ V, ^" I5 Y. {$ `: l
= XW. " N! i# ~( a7 l3 K4 j1 T⎝+ i! |) V. W! D7 s" T0 }1 d" M
⎛ 8 X( X; b1 \# L 0 t: q% R8 e0 b* g; _ 7 y7 c( E& r5 y# |5 _f(x 9 }; R7 \4 i6 E' `" |3 ?: `
1 . j2 Z2 f9 w8 [0 P/ n1 m2 o& } \+ c8 a8 }
)2 l- R- v4 d* I5 }
f(x ) |3 C. N6 O% p2 F0 i21 V U. Y- f# Z7 n& t# {+ n
8 Q& K3 e$ F/ X9 B3 M& c+ W
)" X% S$ S, |4 F9 v9 y9 O
⋮! [) X% g. P: n: I; a8 z3 Q
f(x % N1 j- z) N/ S. O O) {$ [) kN ], M6 V' q* p6 ^" A8 x
% c0 j" f# Y' D ) 3 J* @ f: g N- T$ _2 |9 F7 }5 {( g1 B* ^* Y+ c3 c
) J) J( y% O* Y1 w9 D% ]! ?+ Q
⎠ ' \. \$ R# r) F+ J( I⎞ 9 f4 {# d5 D# k/ B1 ] 8 Z9 J& b3 f6 P# X1 N# B =XW.3 U2 F- x5 ^5 u+ j* N1 I
$ d# |: _4 s! ?* J. O& E如果有疑问可以自己拿矩阵乘法验证一下。继续,误差项之和可以表示为 `- V0 ^- X1 X( f ( x 1 ) − y 1 f ( x 2 ) − y 2 ⋮ f ( x N ) − y N ) = X W − Y . ( l, f: G4 `, \: r⎛⎝⎜⎜⎜⎜f(x1)−y1f(x2)−y2⋮f(xN)−yN⎞⎠⎟⎟⎟⎟ ; @* I; P: B/ m. g& D! A(f(x1)−y1f(x2)−y2⋮f(xN)−yN)% {: _% L) R7 s3 a' N9 S
=XW-Y.% X2 ?1 N. t5 v# A" J6 K
⎝, g; L: F/ W% I2 `8 l
⎛" J" K0 e0 E' `; Y1 B+ \
' T$ O- u+ \* E1 F0 t1 n1 ~0 M! v& ~8 |
f(x & M% t( O% i$ q4 u1 @- [1 - J8 @4 m0 R/ I! T! Z+ |0 F" T. D" y( N! G# i( G
)−y 6 f$ F$ v; J( b/ ~* J
1 X/ Y2 P8 c0 N& Q8 H
( l; Z& o* }( p. M3 K8 L9 S! p4 I
0 P, |: r! D* P0 _
f(x " h( x/ I, R7 @% j( X0 Y: g
2 ! Z6 X9 S/ j; j6 v* w, c0 k ! V, E( L0 [; C9 e l% }/ J7 z )−y 3 Y: F/ o d( }6 Y# X
2 ; Y6 V5 V( T9 {% E" _! \, R8 L 1 ]* I; v2 g) y" O# f: w- w" z4 `' ] ; X) ]9 {* y2 K# U: N3 [; x9 l⋮ 5 g6 ]) P* }% Mf(x 7 M w8 k X$ @7 i8 a2 \+ n; D( Y. c; N
N G; ~) b3 \8 D+ U
# l: m- u+ }7 _* S8 ^6 y0 ? R
)−y 5 h+ J2 e0 `* vN 6 R* O! K4 v, D+ y( l4 f, G$ v9 H, f3 |) y- e5 N
2 I6 y6 e* s: c; Y2 ~8 c/ e8 w( l2 E; q D, o' a5 K
. a' ]( M( f' t1 ]' R+ _6 a+ _4 a
⎠ ! J3 L0 u, z4 {( v/ V6 [" _3 E⎞3 L. C4 {$ f" d5 T
6 U5 ^* H8 j* T. m6 T
=XW−Y. 2 P' ~& O8 J w/ x7 r1 Z6 _1 \' r" I% W* H' O5 E
因此,损失函数2 c' m7 y7 {! b0 ~( H
L = ( X W − Y ) T ( X W − Y ) . L=(XW-Y)^T(XW-Y). ) D5 y6 q6 U/ w q2 s* a: Z6 O' \L=(XW−Y) ' g8 T/ o1 T Y( vT J# U( z( U/ \6 Z* U) G (XW−Y).5 c. n- m7 f' `! V" T) c! h/ d
. {; a, `7 \/ l4 } W(为了求得向量x = ( x 1 , x 2 , . . . , x N ) T \pmb x=(x_1,x_2,...,x_N)^T3 |5 q+ I. y- b3 b+ }; R
x5 D' }6 e6 s$ F' k
x=(x ! p: E% r8 n: _2 }2 d2 ]1 6 H' y. v$ u) v, c7 H 7 [ H; S8 O7 v ,x & m* o! |! _8 I: ~+ v
2 2 c, M- L1 p3 C. Y4 P: j' x5 Q6 ]
,...,x ) R# i# q8 l1 \8 t( EN 5 b+ j3 p( Z: f5 u6 D 2 }1 n( N4 s) K& \$ `# {# Y& \ ) % E4 {; \% V3 Z0 u* I" TT * u7 B6 W( U$ f3 ^0 T' p 各分量的平方和,可以对x \pmb x : ~+ @: k- v! u: Px 0 p8 C0 @$ r) F Xx作内积,即x T x . \pmb x^T \pmb x. 3 e( n _. P$ k% i7 W! ax8 x' V7 ~! D0 G6 @! @- D4 z
x 1 m* }0 X1 l2 f) |. X3 z4 A
T * s- q; g, b' o/ M4 u1 s3 a$ q2 T 1 ]. [2 |6 Z Y0 }x 0 K( t6 `" U% H p8 B9 { wx.) ! ]. O, ` w0 {( V5 }6 Z为了求得使L LL最小的W WW(这个W WW是一个列向量),我们需要对L LL求偏导数,并令其为0 : 0:0:- R8 {$ O0 e1 I# ]' l
∂ L ∂ W = ∂ ∂ W [ ( X W − Y ) T ( X W − Y ) ] = ∂ ∂ W [ ( W T X T − Y T ) ( X W − Y ) ] = ∂ ∂ W ( W T X T X W − W T X T Y − Y T X W + Y T Y ) = ∂ ∂ W ( W T X T X W − 2 Y T X W + Y T Y ) ( 容易验证 , W T X T Y = Y T X W , 因而可以将其合并 ) = 2 X T X W − 2 X T Y5 I+ Q; v: E: E" U$ K: t
∂L∂W=∂∂W[(XW−Y)T(XW−Y)]=∂∂W[(WTXT−YT)(XW−Y)]=∂∂W(WTXTXW−WTXTY−YTXW+YTY)=∂∂W(WTXTXW−2YTXW+YTY)(容易验证,WTXTY=YTXW,因而可以将其合并)=2XTXW−2XTY F; G/ D- C, A) \3 m; _5 d" X
∂L∂W=∂∂W[(XW−Y)T(XW−Y)]=∂∂W[(WTXT−YT)(XW−Y)]=∂∂W(WTXTXW−WTXTY−YTXW+YTY)=∂∂W(WTXTXW−2YTXW+YTY)(容易验证,WTXTY=YTXW,因而可以将其合并)=2XTXW−2XTY . d! w& j& Y- ~- l7 _∂W0 |! w; h) ~; Y" X6 ]; ?9 _
∂L : z L: a$ c5 ^- ^ : |2 c' J4 O* d- z: c# H) N9 D; f# T1 N
2 p4 u1 `' J# P% h2 g% \
" y, O3 x( m, l' C3 w# ^3 z= : `& D5 P+ Y8 ?: u7 h$ O- g
∂W8 `8 T# V8 D0 k" S7 {8 b
∂% A, y. H5 S s# Q* J+ R
4 Y# R( o, B2 j; a A1 }4 k [(XW−Y) # f$ b+ n. j, M9 ST3 x1 M$ |# D! L' G1 ?
(XW−Y)]9 i- \# {, w9 M5 B# i
= G: e5 [8 [3 I0 z∂W # P6 M# B/ U1 M' m* f∂ $ i9 p0 E% g3 _( y! ~( @ a 0 e3 t9 l# v- m, i [(W $ `9 Q* ?4 z' `: ]' } ~- WT% x# z2 {0 s0 d
X / ~: C6 [# t& {' H3 sT. u1 \/ {. k- Z3 p% @) Z
−Y 1 \, j% S' G7 ~5 _T , P3 u4 R. z! k; f5 N3 m4 _0 S )(XW−Y)] # l' O, }1 m7 h2 Z, m% x, G= ! s9 g q0 t9 c2 O5 ]9 n
∂W & j! p. {/ i, ^& H0 H% d: g! b∂% E3 b& n# D' u4 e
- D3 a8 U2 J. G3 m1 M. C X
(W ( l7 u @* v: Z, t2 ?T 5 u9 l0 [$ { Q3 q( z$ _: S6 [4 T X 6 E: H8 Y( i3 A. ?0 p7 R9 ~4 U4 A
T ! e& B* T$ ^/ o# I9 c' c XW−W # ^8 S, H6 J1 H7 e2 LT 0 y1 W; F" M1 Y* |6 @3 C X " {6 v, x& i% Y3 y; o% _
T # k' K1 h3 |* J; I' ~ Y−Y / y/ G$ ~% E* _+ j! CT$ D9 ]7 Z5 \, o- w
XW+Y ' i0 o7 w# x6 @, p3 I, ` C
T / U+ s. i$ H9 M1 {$ C4 n: l$ ` Y) , F2 m1 t) ], v8 w$ d. }= : ?" u) ]8 S9 v% P
∂W: N0 e5 j0 O) R; ]; o3 U) A
∂' P' }! R6 X; u; {5 c
4 \; s& r& u' g W7 T
(W ) H Q+ J- p* S6 z( r* V
T) S( n+ R4 i+ F9 _4 G
X & r/ Y4 e# s5 Z7 ~. t9 O8 AT : s8 @- C2 y0 [# M XW−2Y 9 J* m: L2 K' K# i( K( eT 0 M) M* p5 v- m XW+Y : w$ X# z0 y+ u6 E) c
T 2 g8 E$ i8 d6 B2 X: y Y)(容易验证,W 8 }4 E; |5 q9 @: ~. o: d( b" c
T* ~2 ^0 g5 \$ J. n C
X $ h' }( h k4 x- r. bT * \ y. h& n1 e- f/ N: S. V5 s, J Y=Y ; |* b8 M; q$ `8 H7 c# vT 3 ?% S n5 ]/ Q# c" W% q$ O# @ XW,因而可以将其合并) ) V1 N! A2 l# B1 w2 L9 G=2X - p5 O) l0 t1 p: k' Q6 _
T# M+ N( s5 H! {
XW−2X 0 _2 f) e5 K: h5 S
T ; q$ Q' X2 F/ o) r4 @- [ Y) I" S8 K. Y% j& S# s4 [$ W
4 A5 q1 t1 ]: [: v8 }: r7 p4 Y! L+ x" A; |+ ?
: q( Z# x, a3 m3 e& u- H+ K6 ^说明: ) Q( _% u" ]& I8 y; D7 X, ?(1)从第3行到第4行,由于W T X T Y W^TX^TYW ' S/ T* W/ m! T# ]2 K. x3 QT _& V$ n% [1 q* O- W
X ) ^7 G6 O# J+ _$ Q, K$ O- n
T 9 Q" w! Z. m, n$ D Y和Y T X W Y^TXWY x% S1 Z, ~3 s6 R9 X' n. BT+ o( |, `/ q6 Y+ [$ f
XW都是数(或者说1 × 1 1\times11×1矩阵),二者互为转置,因此值相同,可以合并成一项。& Y& g: Y3 ]8 x; Y0 J/ a
(2)从第4行到第5行的矩阵求导,第一项∂ ∂ W ( W T ( X T X ) W ) \frac{\partial}{\partial W}(W^T(X^TX)W) 6 b7 @* c( V( }' P9 E1 L/ r
∂W & Z7 M) j! r4 S∂- S' Q: c, Z: @! D
- s u1 Q5 a3 }) g (W # J, G" f7 m) D+ s1 C' H% x/ T
T6 Y- Q3 R6 Y( M8 E' _' i
(X & s; s- e7 e$ u/ |2 s1 |: gT' h- r* y1 n6 E; v1 \% h/ b; [
X)W)是一个关于W WW的二次型,其导数就是2 X T X W . 2X^TXW.2X 0 h- v! v- H/ c$ O# J2 u( H/ XT5 R; Z, |1 o( u2 A0 K
XW. % D2 C# `& d5 b/ v* _( I: a& F, G(3)对于一次项− 2 Y T X W -2Y^TXW−2Y / o! X1 L; p) U! \; z9 iT ( e' c; Y( E2 R* h XW的求导,如果按照实数域的求导应该得到− 2 Y T X . -2Y^TX.−2Y 4 l, b9 q" k! _( ]T1 }8 b+ i% F& O- n+ p
X.但检查一下发现矩阵的型对不上,需要做一下转置,变为− 2 X T Y . -2X^TY.−2X , _% F( G6 r, Z* l
T - n# T9 y6 p$ p6 E( K Y. 7 \1 s% l& Q; `9 v $ I: O5 n& x1 V% H) j7 j* D0 x6 a; M& a矩阵求导线性代数课上也没有系统教过,只对这里出现的做一下说明。(多了我也不会 ) : e1 H8 D+ `* t令偏导数为0,得到/ C. |, M! ^5 L4 C f& j! Q* r& b
X T X W = Y T X , X^TXW=Y^TX, & t; O* q& K0 T. [+ i% c8 ~X 5 w) z; A; h4 s3 ^/ f
T- l9 z8 @( v" ~& p
XW=Y $ d } K) D$ P* d4 r, T$ _3 [ WT 1 p3 Q8 Z' W+ r9 q0 T! `9 G: I" D+ e X,' H( L7 u) b) ~1 Y5 t+ L4 _6 M
( @+ M0 {/ [' A' I左乘( X T X ) − 1 (X^TX)^{-1}(X % ?2 j5 u u# R1 W
T 0 z3 G5 ^$ ^3 c0 I. L( Y$ o X) 9 K$ |& D) x5 e8 w−1) k8 u1 }2 b! v+ Z
(X T X X^TXX : e! u" v( ?% }2 [7 V6 O
T& a% I: f6 t$ y. m1 |/ h
X的可逆性见下方的补充说明),得到: a! _/ W0 Z7 x0 W0 A+ u5 R
W = ( X T X ) − 1 X T Y . W=(X^TX)^{-1}X^TY. 1 f4 V2 _0 j& n$ f( u, d; E& R) jW=(X . w4 d/ V" M$ w) V! _2 QT3 r% I! p) X) `
X) " x$ y# S$ E6 N# ] d−1 * F& \9 T5 |: b: O R& }: \; \ X 4 p/ n; {) v. U$ }/ H2 n7 |
T ) i1 p0 W# p6 T3 u( Z4 g) g Y.4 l* f6 U2 Z5 w( z5 _+ [+ a
& z$ k" h' Z S3 E# P0 O, V0 t% ?这就是我们想求的W WW的解析解,我们只需要调用函数算出这个值即可。8 u; z6 L5 X; x" l3 {
2 J3 D2 P k8 o) J3 Y0 j6 _
''' 5 M2 e8 s* n3 z) J/ N1 B- }8 S( A最小二乘求出解析解, m 为多项式次数 , }7 e7 W- q( S5 e8 K/ h. ^9 o最小二乘误差为 (XW - Y)^T*(XW - Y)! F5 D" V8 }' r2 N+ ~
- dataset 数据集1 A& N8 d! W l% O9 [' U: \3 v
- m 多项式次数, 默认为 5 / G* F( Q; F7 c''' , e8 c1 A! h/ M% o% @$ w% J& l9 W6 Kdef fit(dataset, m = 5): # U r5 P& H9 C5 Q! C# ]4 V X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(m + 1)]).T 6 J) X+ c1 h, o; G& T Y = dataset[:, 1] . w# O4 z$ f$ F" H return np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(X.T, X)), X.T), Y)7 [2 _* _& n( L% x
1 7 C+ d, m+ L, S& A0 T1 d9 G28 c- E. ]3 \6 N5 j' r
3 & V6 d( Q7 ^% h- H! U% ?, t4 : w* G4 M0 Q, z5 F5 5 R2 G7 ]& k# t. y9 ^6 / ]! X, |* n4 ]' e, V3 p& r7 2 p I; C' N/ H8 + Q% H U$ R1 e9 s" a9 4 M; `/ k, Q" U10( X+ s" x, P4 X
稍微解释一下代码:第一行即生成上面约定的X XX矩阵,dataset[:,0]即数据集第0列( x 1 , x 2 , . . . , x N ) T (x_1,x_2,...,x_N)^T(x 1 i; n5 j; k; i6 H# Q' x
1 5 B6 m1 K; o1 n ' r+ I# z V& D7 v+ y5 L ,x 6 Y* S3 y: N0 u' S/ v* D2 % e3 E1 M" s9 J' W ( L; L o, T$ v) E7 {+ z ,...,x 3 d8 R' Y9 X, Y, ?8 l2 y2 YN3 O1 I. C& V. p' V
1 D( x" @' a5 N2 }3 S/ {
) / P4 {7 s% O# M. w- Z, f3 I
T 7 N. s) c2 T; M! ~1 j6 A1 y ;第二行即Y YY矩阵;第三行返回上面的解析解。(如果不熟悉python语法或者numpy库还是挺不友好的) 5 R& t6 W. W6 D7 }. V2 q # d6 i+ ]4 A0 V" O简单地验证一下我们已经完成的函数的结果:为此,我们先写一个draw函数,用于把求得的W WW对应的多项式f ( x ) f(x)f(x)画到pyplot库的图像上去: 8 t1 q( q8 q& y) H' N& v1 H, `3 S* D! ~7 J5 k4 R
'''3 E; t/ B6 O0 h6 I6 R+ u1 t1 p+ w
绘制给定系数W的, 在数据集上的多项式函数图像- X% [+ ]5 _' @ J0 A, H/ f5 D
- dataset 数据集7 s" F3 a. i! j. }+ J# Y2 B0 ]
- w 通过上面四种方法求得的系数 8 {, Y( K- B @" j7 k& P4 f+ ^- color 绘制颜色, 默认为 red6 ~2 d( ~* g, G, f( s: k# h
- label 图像的标签 2 ?0 A; q3 I L _''' 8 q4 z3 _# n0 q/ ^, udef draw(dataset, w, color = 'red', label = ''): . I' \! F2 z8 e) y X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(len(w))]).T8 b! F$ d9 ~8 [- v( [/ H0 M9 M
Y = np.dot(X, w) m: T; t3 Y, L: @) r+ \: Y % S3 Q _6 ]3 y! U+ }$ n plt.plot(dataset[:, 0], Y, c = color, label = label) # P7 w* N p* d% n14 ^8 P% J! n9 Q% j6 A# m
2 9 X, g- o# Q# C. Q+ E* N* X1 w3 3 }9 ^0 b* R) Y4 ! w) p; A2 o$ [) ]51 l J5 n$ B2 x8 V* ^
6% X/ q% y! u1 }. o/ ^5 U& k& H7 F
7 7 z5 [# f9 f+ O2 u8 7 q. V& F- E+ M! G& F* U90 V- X, W" O& Y5 @' U# l$ C2 @
10* m& I- J6 ]5 X
114 t( y1 n9 P7 W$ g8 t
12 * X Q# N2 p1 ?6 R然后是主函数:2 h9 z% I: ]! A1 v& F
4 p0 }! V" R: f }% }2 f1 t
if __name__ == '__main__': o% G$ L3 M+ w) x x dataset = get_dataset(bound = (-3, 3))( [- G6 R, A/ t& p( X( l
# 绘制数据集散点图 : G$ h" a3 @+ I' ?9 Q2 j for [x, y] in dataset:' M9 R# O% `' C" R) e1 q8 ?& D
plt.scatter(x, y, color = 'red')& z0 \% t& m$ t: x/ J
# 最小二乘4 M' ^$ r3 C$ r1 ]2 r. m
coef1 = fit(dataset) , c. k1 a$ C7 F4 o draw(dataset, coef1, color = 'black', label = 'OLS')/ K3 G' s. Z- j/ f: n3 q( i1 a, H
2 @) t6 t1 R2 f, _$ G4 Z' y
# 绘制图像. c) i" i4 y, T& Y3 [9 H* C
plt.legend() , S8 Q/ B3 c/ X! a plt.show() ) a& j0 P! E8 |1 ) t. k; v6 b4 g- p$ @28 f8 K ]2 C0 @% }+ d3 U
39 I5 ]! _: J- h; D D
4 3 b, h1 S0 e( @ G5 p$ l5 + j0 p1 ^3 X) s M/ O6 + A, z# ~+ t4 f: a- G& Y7 ) O4 I; P% S* D2 j8 # e6 B5 u2 T& p0 ~9 8 {! I. w* }% V' p' x( C101 n; \2 S) K& F2 ^1 N& s
11 ( s$ F# Z; n6 m/ z12 7 r0 K: }$ g, z, \' s; i9 H& @' s# B; G j
可以看到5次多项式拟合的效果还是比较不错的(数据集每次随机生成,所以跟第一幅图不一样)。" y: T: \: V! `! [' a( r) @
. A6 [# Q+ y# _% ~" h# C
截至这部分全部的代码,后面同名函数不再给出说明:! D9 \/ \7 o; h2 ?7 q& v7 @- S" ?5 D
& ^$ }4 I: d, P" z
import numpy as np / g# M: h) p! U2 `8 Vimport matplotlib.pyplot as plt # _& r1 y2 T# O: x$ r. Z8 P * l6 o( P9 E D/ D! C8 t'''% `1 e% G4 v3 p& E; p- T+ L y+ I" \4 m
返回数据集,形如[[x_1, y_1], [x_2, y_2], ..., [x_N, y_N]]( ~' q( n2 ^& c4 U; t4 _7 A- L, i p
保证 bound[0] <= x_i < bound[1].) X7 j* d0 p5 ]4 i" k% d. }
- N 数据集大小, 默认为 100 * \8 Q s) O) e% }- bound 产生数据横坐标的上下界, 应满足 bound[0] < bound[1]9 y7 X9 m- Q! [) ^ {( H1 ?+ {
'''& A1 z( ]' D `1 S1 b
def get_dataset(N = 100, bound = (0, 10)):6 {2 d; B! E* e
l, r = bound , J+ [' S$ b8 Y! l8 T+ w- L0 }" A x = sorted(np.random.rand(N) * (r - l) + l)5 O/ Y6 x l5 x+ h" @
y = np.sin(x) + np.random.randn(N) / 59 u9 L; ~. o" S) v+ L- I
return np.array([x,y]).T 3 q _) [; w; t# w y- F/ @, [/ ~7 E, e }, L) L
''' ' z) B4 P$ Q4 c. t最小二乘求出解析解, m 为多项式次数1 ?! h2 q+ |- W8 T4 ]0 S9 R
最小二乘误差为 (XW - Y)^T*(XW - Y) + I* I+ c! b* l! Y- dataset 数据集 3 U# Q3 ?- s' l+ H+ O1 M- m 多项式次数, 默认为 53 o3 K0 ]0 }3 c$ Y1 l, k
'''& Z+ p% T! `; v
def fit(dataset, m = 5):1 g. R$ j6 n% ]1 y
X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(m + 1)]).T. X, E& I0 ^- P2 @
Y = dataset[:, 1]! Q2 u8 V) A- o3 `
return np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(X.T, X)), X.T), Y)0 C i# K7 L) |+ Y% A# {
''' " A" `% y8 X0 Z, a绘制给定系数W的, 在数据集上的多项式函数图像. i5 A+ P4 K! G5 f
- dataset 数据集 ( R% R! m: K$ z$ G( W* n, `$ Q- w 通过上面四种方法求得的系数 $ H. L& k. L* Y x- color 绘制颜色, 默认为 red! Q& w6 p6 ]1 s9 o5 N% C& j0 X1 |4 ^
- label 图像的标签* \# M2 I! m4 o% D: [
''' 0 I' a F" x7 h4 N( Ndef draw(dataset, w, color = 'red', label = ''): 0 `: o% m2 h6 ?( |1 x: s X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(len(w))]).T* j* t: n3 h8 X P5 e8 X
Y = np.dot(X, w)& S) Y' z+ N0 T, g
( ~" L$ X* |! B9 p# T plt.plot(dataset[:, 0], Y, c = color, label = label) " H0 [/ m: f5 ~( M 9 K) l" c0 w! Rif __name__ == '__main__': , U7 X- F+ c. T$ c 1 Q/ T% c: J0 h: j% n( R dataset = get_dataset(bound = (-3, 3)) 2 W$ C+ E8 Z( v* Y% g ]7 g, f' ~ # 绘制数据集散点图; ~& H2 m: N% w9 L
for [x, y] in dataset: 2 b# {4 V1 s/ `0 E7 O plt.scatter(x, y, color = 'red')) o, E {1 r) C o- X
# g- V5 s& h3 N- m; P coef1 = fit(dataset)3 _; X* D5 i2 \7 c6 x, x$ n& d
draw(dataset, coef1, color = 'black', label = 'OLS') 4 }0 ~, d9 ^4 p0 m) y9 T - V0 b( O6 u, c plt.legend(): k( ]1 ]. a/ ~6 D0 K
plt.show()1 `" e1 T, S8 M$ o' x4 I" L5 k+ J0 }
6 c2 D8 C6 @: K% S, P0 y16 T; C: _" d- n, |# e' ~
2( J4 r& n, k, {* H3 E/ |
3 2 E' M3 G; l8 ?' d% R( D' d4$ t' i0 Q$ x* u
5 * ?0 h+ D d$ l5 U/ y v6 ' @1 L+ u+ o& r; S" s6 F70 A3 b+ b7 M n5 M6 d. T% ?
89 X, o( q% j Z9 x2 W
91 B- g5 W- P c8 b
10 ( ^3 ]% l; D) J2 s11 ' v6 }) \3 ^/ f7 [0 a4 d1 |12 & F/ ?7 X [% n5 Y. g13 6 Q+ v7 d6 R- ?& L14 7 j7 k! q( p8 r9 V( ]2 X! z0 n15 0 D7 o4 w) [, B$ D16- I, q" U4 ^, X# `" f* V
173 I2 V2 {$ i+ t7 P' t& ^7 L ^
18/ `3 w2 r; B( l6 _
19( l( ?" ?; H9 v5 F, J3 [
20 E( x1 c ]% g5 N
21 + B' {, o. a: e8 a% U221 t* y" w0 p0 L( {$ \
235 V" O1 u4 J B' r$ b" K! L: T
246 y9 S1 {. @9 u
255 S/ v, H' ?& i% v; d2 ^: }
26 7 _ }+ G W0 M4 m3 W4 c- B27 2 q+ v' K7 B: p2 N2 F" w! X28 8 Y9 ], ~& E; L8 b7 @29+ k8 r6 t: a8 _+ d; u) ?1 H. d; X
30 ( M& D- g5 U7 ?* o31* |; o/ Q, d- h) Y
32 ' S1 u' P4 M2 B' g; R33 7 D% t! r. k1 A4 Z' k9 S: B34' [$ \; ^' G9 [: b8 f( a
35 1 z9 I1 I7 p2 U7 G3 `- S365 q7 }' G! ^. J
375 n! z7 l \8 w0 ~6 c
38% o$ K' ~5 o; b( Q8 X* J
39/ D; @! m7 r1 U9 D7 T
402 R m9 G1 u: B* M* d8 \) ~( t
41 $ F) t' O; v7 J8 H3 g1 i42/ J) F# f4 D8 @, X5 {$ X' y
438 b2 K) V* b& n# F" Q# v
44' U/ P5 R# \ p8 z( i. {
456 e9 S9 r! `; D
46 , f' `0 D h5 }5 t479 H/ J o! Y/ e2 \8 `9 y5 B" P
48 # h% \1 v8 X! ]) e49) u; O- m" r' U/ J) E, ^/ h
50 * K4 ~5 ]% N# k% z补充说明 / K1 _; y4 v: \0 J1 Y上面有一块不太严谨:对于一个矩阵X XX而言,X T X X^TXX ! p0 D5 v V9 v5 l& sT; c4 N+ z; [' J9 A
X不一定可逆。然而在本实验中,可以证明其为可逆矩阵。由于这门课不是线性代数课,我们就不费太多篇幅介绍这个了,仅作简单提示: + U _ [# t8 E(1)X XX是一个N × ( m + 1 ) N\times(m+1)N×(m+1)的矩阵。其中数据数N NN远大于多项式次数m mm,有N > m + 1 ; N>m+1;N>m+1; # Z+ w0 `) z: a( f: s0 p(2)为了说明X T X X^TXX # W/ Y1 f! n$ [8 P: P( p, T8 MT . s& U1 j: [4 l0 Y3 G6 t+ U X可逆,需要说明( X T X ) ( m + 1 ) × ( m + 1 ) (X^TX)_{(m+1)\times(m+1)}(X 1 i* ?# v8 t; ?6 e
T 8 L. C2 q" N6 x: B& u X) $ ~4 O& t1 \) P, H(m+1)×(m+1) , T: f5 X5 ^ S/ ~( c. W% x; p. _9 T$ A" P) r9 }
满秩,即R ( X T X ) = m + 1 ; R(X^TX)=m+1;R(X : Y% X# Q/ w9 I6 x& ~
T& a3 ]5 V* c$ E8 O
X)=m+1; K8 o! P2 ]! L(3)在线性代数中,我们证明过R ( X ) = R ( X T ) = R ( X T X ) = R ( X X T ) ; R(X)=R(X^T)=R(X^TX)=R(XX^T);R(X)=R(X 7 [& b; `* ?! k% Q
T4 a2 j6 w4 i* U; G8 x
)=R(X ( g6 m; `, r+ Y; eT ! [$ \9 e5 A8 B X)=R(XX $ q1 B3 ]- W2 w% |3 p0 v+ c* Z/ m9 fT6 i d9 v5 ^" N1 X, Q6 d# ~! n3 f+ X
);8 f- i( Z6 S: N0 z$ ?
(4)X XX是一个范德蒙矩阵,由其性质可知其秩等于m i n { N , m + 1 } = m + 1. min\{N,m+1\}=m+1.min{N,m+1}=m+1. $ P% t% g7 B; H/ p - _8 z) b: f3 c4 _0 e) g& ?# |6 U添加正则项(岭回归) , @* P6 h; A$ G) v; G2 C最小二乘法容易造成过拟合。为了说明这种缺陷,我们用所生成数据集的前50个点进行训练(这样抽样不够均匀,这里只是为了说明过拟合),得出参数,再画出整个函数图像,查看拟合效果:: f6 h1 k% r f( Z$ S% u. l Q
0 p1 i7 | Q$ } j3 w
if __name__ == '__main__':$ O q" Y# t# Z9 C
dataset = get_dataset(bound = (-3, 3)) k! j8 E! p4 d0 x # 绘制数据集散点图5 m+ X3 f/ V/ a+ M( n+ g: u! V
for [x, y] in dataset:) |' f9 F& t) A1 r" B
plt.scatter(x, y, color = 'red') ) {8 n* M& {* O( O. w9 |" u5 j # 取前50个点进行训练- ~ o4 i. j/ c9 o# e+ _3 p
coef1 = fit(dataset[:50], m = 3)# @) O! K' q1 X+ O
# 再画出整个数据集上的图像) Q1 H9 b+ f2 s$ E- T) j
draw(dataset, coef1, color = 'black', label = 'OLS')+ w3 d, q8 N7 |" ?
1 " o1 R& u! d- H! a1 X i+ ^* j# I2 . X/ N% ~7 N: Z35 d1 r9 s& ^/ f* @; e
4 , _) U+ ]8 k* Q3 U: C: \. ]- T5/ g4 x& H( G. D+ I' Q4 [
6 * f9 P/ N: @2 Q3 n2 @/ E! {+ H3 J7" z* X* B/ K4 ?& {. C
8 " {8 e9 X) O/ M. g& m9 `6 J# _ W; M: S2 P9 _' X: U. |1 [' F: C
过拟合在m mm较大时尤为严重(上面图像为m = 3 m=3m=3时)。当多项式次数升高时,为了尽可能贴近所给数据集,计算出来的系数的数量级将会越来越大,在未见样本上的表现也就越差。如上图,可以看到拟合在前50个点(大约在横坐标[ − 3 , 0 ] [-3,0][−3,0]处)表现很好;而在测试集上表现就很差([ 0 , 3 ] [0,3][0,3]处)。为了防止过拟合,可以引入正则化项。此时损失函数L LL变为; i6 y6 o- ^; I2 X" i h% n
L = ( X W − Y ) T ( X W − Y ) + λ ∣ ∣ W ∣ ∣ 2 2 L=(XW-Y)^T(XW-Y)+\lambda||W||_2^2 , O. }2 M0 n2 i: RL=(XW−Y) ' D1 {, x% `3 }- A. W# r
T 8 x% ^* U8 r0 { (XW−Y)+λ∣∣W∣∣ - g6 r% Y; h, F, j6 d: n, e$ j2/ G6 R" P% @5 d1 x g. x# T
28 Z/ ^2 O8 G# `* e; o
3 C" v1 l" d/ ^7 d
2 @! C/ i' x4 H2 Q6 k$ n: W. Z0 I
其中∣ ∣ ⋅ ∣ ∣ 2 2 ||\cdot||_2^2∣∣⋅∣∣ 9 L; R R: w0 o- W, Q2 7 F4 H; z# S2 T2" X( K& g6 q3 ^, i. r2 _3 l
! A) X6 v' \6 e" W/ X, q 表示L 2 L_2L # ~* {: n7 e# U/ {( _) M
25 l! h4 n6 l; H- x% n
9 j8 z8 x8 i5 Y
范数的平方,在这里即W T W ; λ W^TW;\lambdaW ' v* H( E' Q4 M( y e% A5 ~
T. v% Q- W( F& M% I. [8 W
W;λ为正则化系数。该式子也称岭回归(Ridge Regression)。它的思想是兼顾损失函数与所得参数W WW的模长(在L 2 L_2L ; C! f+ |% k0 T! X
2 ) z- r0 g( |% A) Q; o; f0 H 2 T* y% Y0 |, U8 x B 范数时),防止W WW内的参数过大。 " o) y v) y& s/ Y% ]( g. G+ o& F# t+ |6 G" N6 s
举个例子(数是随便编的):当正则化系数为1 11,若方案1在数据集上的平方误差为0.5 , 0.5,0.5,此时W = ( 100 , − 200 , 300 , 150 ) T W=(100,-200,300,150)^TW=(100,−200,300,150) 8 {' p- V9 X E4 j0 y4 B, @/ `- R* OT; z& p& G2 K. J; W/ F5 c# `
;方案2在数据集上的平方误差为10 , 10,10,此时W = ( 1 , − 3 , 2 , 1 ) W=(1,-3,2,1)W=(1,−3,2,1),那我们选择方案2的W . W.W.正则化系数λ \lambdaλ刻画了这种对于W WW模长的重视程度:λ \lambdaλ越大,说明W WW的模长升高带来的惩罚也就越大。当λ = 0 , \lambda=0,λ=0,岭回归即变为普通的最小二乘法。与岭回归相似的还有LASSO,就是将正则化项换为L 1 L_1L / t/ q, S" L, R* h0 A; ^15 ?1 s e% F; a0 h1 s5 s
p" L# t) A D, t. C Q- g 范数。. D# o' x( p3 r' A* J. h1 c
/ U+ `4 E" S- n8 V7 B
重复上面的推导,我们可以得出解析解为( t9 `! d5 j6 W( E2 K
W = ( X T X + λ E m + 1 ) − 1 X T Y . W=(X^TX+\lambda E_{m+1})^{-1}X^TY. 7 A q1 Y. ]1 k7 h9 H; `W=(X / T& U: D; A/ d" v: K& YT2 R1 E- w0 \. ?" z3 K, n% V, S( A
X+λE 4 S' H) z* `# M8 R# y9 k2 ]8 K3 fm+1 . `6 i$ F9 k9 `: ~! ~, c. W6 Q+ n0 I
) 5 c1 Z y$ o l$ K* q−1 ; O- ] z7 \/ ?6 z' \" k# j7 Q$ _& A X + L) Z/ `4 }( j( | b0 qT, \+ `# `. K: |/ @! }
Y.4 Q9 Y: p8 }, ]( e2 A( u
; g9 W, ?; e4 C( l
其中E m + 1 E_{m+1}E / p/ M1 w! t& sm+1! J# I8 j+ M; O+ U
3 Q* J3 W1 `3 b4 E
为m + 1 m+1m+1阶单位阵。容易得到( X T X + λ E m + 1 ) (X^TX+\lambda E_{m+1})(X ) e" H& q4 X8 ^0 rT5 f. r9 I" ]5 h
X+λE ! {* v* F8 }1 g- X8 H3 d
m+1 $ B% q2 F& U' a: G8 X1 B. E& m 3 y E: Q- x G: ^: c )也是可逆的。 4 K' C- C* n$ i" _6 R* Y* Z# w, ^: Z: O) T6 _
该部分代码如下。 + u' c+ `* x, y# c6 X* X) k: x" y" m8 l% D6 o7 u. K
''' 4 H9 x0 X% J4 G岭回归求解析解, m 为多项式次数, l 为 lambda 即正则项系数1 l% ]; i$ J) |- ]5 r2 F0 R
岭回归误差为 (XW - Y)^T*(XW - Y) + λ(W^T)*W( N4 H1 ?" c4 {& I4 }& |7 s
- dataset 数据集 9 @3 T/ i- e) r5 [, d3 m- m 多项式次数, 默认为 5 7 I8 _) b0 x1 G |$ G- l 正则化参数 lambda, 默认为 0.5 / x- h5 C. F/ f, x, s- b7 M'''8 r/ A& V$ L1 G- m
def ridge_regression(dataset, m = 5, l = 0.5): 6 E9 [% O/ U( r! m) |5 } X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(m + 1)]).T 8 e, z5 x* l. p3 U Y = dataset[:, 1] ! G2 S' y% d/ D8 `5 a- j return np.dot(np.dot(np.linalg.inv(np.dot(X.T, X) + l * np.eye(m + 1)), X.T), Y) . p" {0 f/ c [9 H) [" U) l1$ j) @2 _' q5 H" b" i
2 4 o; o# m( e' i+ N$ c' M3) i* o# s7 |" I# E0 h
4 / M: K! m# K. B& q5 + `! Z( P- V& W: ^8 u; C6 ) z; n# c; j4 Q5 } [6 L: t0 Q: s7 - M9 |( s: m1 N+ A8 + q- X2 W6 P) S; \8 {9 5 c9 e# T, @3 R- E H, | t10. U6 H* ^5 s0 u5 v+ ~
11 $ _+ P7 g& v/ B# J两种方法的对比如下:* g# ]! s- g- V
8 B( |( e0 i- d; V) W9 U2 e& a对比可以看出,岭回归显著减轻了过拟合(此时为m = 3 , λ = 0.3 m=3,\lambda=0.3m=3,λ=0.3)。 + v% \* y3 u- |: w 6 j% w" }3 W _: {* ^) J2 S8 \0 B梯度下降法/ F1 G4 z8 ^% M' n
梯度下降法并不是求解该问题的最好方法,很容易就无法收敛。先简单介绍梯度下降法的基本思想:若我们想求取复杂函数f ( x ) f(x)f(x)的最小值(最值点)(这个x xx可能是向量等),即+ b/ Z3 R& N6 I% o9 }) O, c
x m i n = arg min x f ( x ) x_{min}=\argmin_{x}f(x) 6 [ v; U6 _ s. L3 n. q. Vx 9 `+ U" @/ U2 ?5 k8 I8 n! E
min# Q" i5 J4 y4 A# x0 r: i
/ L* q5 K* h# j. r. b$ t = . s- K4 E; O2 R/ a; A; o$ M) h) F1 D
x: i% U, V% \# V4 s# ~9 K, i
argmin+ Z; \6 Y1 Y! y' C9 O
8 X. `% v) H& H- J/ H
f(x) 9 i4 ~/ R4 \% j4 X+ W9 `2 u2 m: g) s/ n7 V! m
梯度下降法重复如下操作: ; j6 `2 j" j) |+ p& M: L7 U(0)(随机)初始化x 0 ( t = 0 ) x_0(t=0)x + s6 z- \* I& W+ b
05 T7 o% _8 Y: o6 {: h. L1 N+ b
2 u0 ^% ]7 |. B0 v (t=0);' D$ N3 R5 W" ~7 `- }( w
(1)设f ( x ) f(x)f(x)在x t x_tx 4 | ^0 g9 g# u0 z, ~3 {
t9 Q# K/ v6 b1 ]* l
- u+ a/ t/ M& U5 R5 p 处的梯度(当x xx为一维时,即导数)∇ f ( x t ) \nabla f(x_t)∇f(x ( X+ U7 f! X& Ot% ^- V( n' K8 @/ E3 o
' ^' q- S$ i+ I: t; [ );: N# u% X' u' h. ?
(2)x t + 1 = x t − η ∇ f ( x t ) x_{t+1}=x_t-\eta\nabla f(x_t)x 7 r3 H7 u; T: D
t+13 ]" k" b9 V, q
' k/ O' r4 Q: x/ ~
=x ! D) x+ Q% ?8 M: s7 B+ v8 st 4 P3 J& U8 ]" [- H( C4 G, d0 |! w, r& U0 u$ |( R4 q
−η∇f(x 6 L$ W& R6 {5 V% @! |6 Tt% e- u& J" w+ B( ~
. e0 \) V" s; x V& T' `# n9 l9 N2 C ) ; z; t- c) z$ k c5 `4 k7 K) y0 V2 c(3)若x t + 1 x_{t+1}x ; Q9 r4 l* A( F/ ?, w" i& Ut+10 }9 N, @, q0 G/ H: s
: A% R. N! E: p" [ I5 G3 ] 与x t x_tx $ K1 x$ }9 B& M% F" }1 K; O
t 0 L% J- f6 u0 K( ?; a6 R& G" T' t! m; p2 J, x0 p
相差不大(达到预先设定的范围)或迭代次数达到预设上限,停止算法;否则重复(1)(2).6 ~" m+ X3 z+ A2 W( o5 D6 M9 H
* k. [: c. r$ f" M/ { D2 G其中η \etaη为学习率,它决定了梯度下降的步长。 `8 i& M9 E" r3 X( G7 `
下面是一个用梯度下降法求取y = x 2 y=x^2y=x , \9 R" p' C7 |! b1 w1 l$ G# c2 ) n7 A/ e9 k7 X7 e% G7 R 的最小值点的示例程序: 4 @) \/ c, g% N! I' G% Z) L* A) L1 p4 |1 d. ]
import numpy as np " a/ L! H) ^2 Qimport matplotlib.pyplot as plt ( |7 S! K2 q% x! T4 D) A5 s5 h ]" k D, J; f
def f(x):, c0 g0 k7 @& x o+ S
return x ** 2 " X" s' `, U* l, \9 M / i: ^; O, ~! k) Ydef draw(): - K5 _9 w. ?* D X) p3 g x = np.linspace(-3, 3) ' i" N$ G2 c4 \% \& p- g! r6 J6 D y = f(x)0 s# Y5 D# S, N' B4 q# [
plt.plot(x, y, c = 'red') ; W+ O" K: K+ j8 E. }. Q ( a' e) R0 Y3 E5 ]cnt = 0 0 A. F% B2 o8 x' j+ [* A# 初始化 x* @0 {5 O5 i# R- v! I0 z0 S2 q
x = np.random.rand(1) * 3 / U+ s! r% x+ }7 ]& Olearning_rate = 0.05 0 Y( Y* g5 Z& C2 b* { J) c' y' ^/ S7 }6 K* n5 K
while True: 6 n! X9 K* ]- u grad = 2 * x % S! d" u) ^( ^8 E' g # -----------作图用,非算法部分----------- % K& ~) U- g9 c" @ v) T2 _ plt.scatter(x, f(x), c = 'black') 9 Y5 B( M& D: q plt.text(x + 0.3, f(x) + 0.3, str(cnt)) 5 f) N. P, R' f: S # -------------------------------------# q$ [- s# v2 v0 O5 G0 X" B& b* ~
new_x = x - grad * learning_rate & ]; v9 j$ k" T/ j: S7 b # 判断收敛# D h0 g* D: m' N% D
if abs(new_x - x) < 1e-3: $ ?& _( z8 ^. Y: y( ]3 H% a/ p4 C, [ break 0 G, }; ~2 j" b2 L3 ]0 S0 b7 s6 b; m. \$ H$ G
x = new_x! E4 _6 _" ?& U1 l8 N% U
cnt += 1 0 v0 z4 W, T; d" F8 x# o1 C* P 7 G* H9 }/ o8 M) K4 g) Adraw()9 z, o! }3 k* g1 Z9 Y" @2 Q
plt.show(): R9 S- d3 Z, J. F- C/ Y/ T8 A
& r0 f" O3 l) ?$ ~+ ?; K1 # H' U- v1 v$ Y1 `) z28 n4 m# M6 D8 W/ B
3 5 d8 X$ W$ o2 m, ]4 ( r+ x' ?4 N9 S' P a58 f/ O p7 ?2 }/ B4 `6 K0 S( T C
6 8 X4 G, F7 ~: |! G" t: U/ M74 t5 B2 k! }# b' E( X
8 * {; |2 E* T3 L( u/ P/ S9" O3 Z' ^; H; A4 a
10. o( `5 b, g" N( C8 [
11 . Y) n5 C" e) o% ]( Q2 a12 , n$ P' ^! {7 _% W13 . b: S4 v# [" t! h14; E3 P I- H4 X
157 p' R @& R% B/ Q4 P
166 _' A( \& J6 K. w! v S$ r$ q
17 - C; d" |: H+ h& ?3 B# U% e5 P1 P18# T4 N$ q2 u" H! |
19 , r$ ] O. r7 c8 R4 _8 C20, p2 T3 z a+ z1 P1 l1 }; C0 f3 k
21& n( J4 g; F+ \$ c" G, f7 _
221 z" u7 a: r* z Z/ T, D5 o1 ^+ j8 f
23 % V3 w4 O1 d, Q7 a24 / Q8 j, Y# W# q8 E3 m/ H25 0 V9 @/ d3 G" C6 }264 ?! t' ~, a" ^' { l3 v
27 ' t% I6 S7 M+ y& ]3 a& f0 n" l28 0 c0 U, B- R: q9 M297 c- U1 q. z& h
301 m- U( V/ G J2 t9 `7 J" H
314 i+ ^2 u0 ?, Q8 J- M# M4 \
320 B9 ^; K$ {( z
& n4 d5 L7 E; K; m9 V: c
上图标明了x xx随着迭代的演进,可以看到x xx不断沿着正半轴向零点靠近。需要注意的是,学习率不能过大(虽然在上面的程序中,学习率设置得有点小了),需要手动进行尝试调整,否则容易想象,x xx在正负半轴来回震荡,难以收敛。- {6 n# T8 N: F
: e3 J$ f# q- b! L! I在最小二乘法中,我们需要优化的函数是损失函数 5 `- _- L& M% s: O& i, M6 AL = ( X W − Y ) T ( X W − Y ) . L=(XW-Y)^T(XW-Y). - O6 A' ~; }- O# gL=(XW−Y) ; X' P- D2 v* t2 y7 [
T 5 Z) i3 Q3 C) L$ Z+ c' @: C (XW−Y).5 ^& Q$ {0 V2 l. u# r% R
9 Q& k+ E' J6 @
下面我们用梯度下降法求解该问题。在上面的推导中, W# j0 x3 i. k
∂ L ∂ W = 2 X T X W − 2 X T Y ,0 Z6 j" _" q6 W2 e0 v) U; B0 l3 i+ B; H
∂L∂W=2XTXW−2XTY ' x: \! X5 F1 ?# d3 a" m! [" S2 m∂L∂W=2XTXW−2XTY1 K6 z+ m W. O& C% M2 g/ N
, B! y( e2 s- H/ D∂W2 i1 D8 U: x9 \% A
∂L( N: a5 c3 Z/ u
z$ Z( |$ Z- p+ t- j =2X 8 d- T0 b1 h) B
T. k1 ?; u5 N4 d. L4 v1 r7 n
XW−2X 4 Y' R* g7 X3 N: GT5 a* M& g: C% R. A7 p
Y ( J9 X. ]# }: W2 l7 C- c% `# y ; G3 e5 e5 t& `0 N1 s1 v% M$ z , W W( b' \ }4 p: v2 d/ ~: M- d$ [/ r
于是我们每次在迭代中对W WW减去该梯度,直到参数W WW收敛。不过经过实验,平方误差会使得梯度过大,过程无法收敛,因此采用均方误差(MSE)替换之,就是给原来的式子除以N NN: 1 p, j( h8 T3 Q+ j3 A b: i8 c: e; M0 ], ]3 S- }4 T+ k
'''1 ^2 ~3 h0 |# z! S, R m1 c
梯度下降法(Gradient Descent, GD)求优化解, m 为多项式次数, max_iteration 为最大迭代次数, lr 为学习率+ U" k$ [# e6 H# d* B
注: 此时拟合次数不宜太高(m <= 3), 且数据集的数据范围不能太大(这里设置为(-3, 3)), 否则很难收敛 % `+ b" z) _! F1 z" _+ ?/ Z) _' {- dataset 数据集 8 t) ]- }6 Q! A1 d! D- m 多项式次数, 默认为 3(太高会溢出, 无法收敛). r, S; @& D* ^/ M6 W% A
- max_iteration 最大迭代次数, 默认为 1000 1 m& U x6 u2 H {/ l- lr 梯度下降的学习率, 默认为 0.01( Y, C( U# n) b4 h% h
'''0 k. k6 P5 N5 y5 F
def GD(dataset, m = 3, max_iteration = 1000, lr = 0.01): " d/ u7 L7 U8 e( |# P # 初始化参数* W& W; f0 I& b. [8 u3 F" h V5 _
w = np.random.rand(m + 1)4 I1 s& X! z4 P. P1 g
- M l6 A: _; t6 ^7 [- T. u
N = len(dataset) 1 E6 |( s0 q+ J X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(len(w))]).T ' l$ z$ l7 L- X0 P- Z8 } Y = dataset[:, 1]- [2 b& M' V% W: u3 x6 U
1 M& N1 |6 ?9 ~# I0 H
try:+ K7 z0 V+ [+ \5 f6 ]- _0 h/ T
for i in range(max_iteration):* m: Z. c4 d+ l9 h
pred_Y = np.dot(X, w) 3 h" ~0 z. k" x # 均方误差(省略系数2) / r% V' [! l# K2 b/ g1 w) I6 H grad = np.dot(X.T, pred_Y - Y) / N ( T. u* p, [4 K2 I; m w -= lr * grad, k, X% M" g" A
''' 0 N2 ?6 } M, P0 o; o: L4 t; P9 D 为了能捕获这个溢出的 Warning,需要import warnings并在主程序中加上: # m- ?. a! R' | warnings.simplefilter('error') ( q. W, j f" `& a- P3 e/ a) y ''' : c' \0 e( V, ~ except RuntimeWarning:: N+ m2 N% g3 J. L1 c
print('梯度下降法溢出, 无法收敛')" |! v& H) h# L* Z4 P
+ F c+ b7 F. g5 N return w! t: Y5 b. L3 b' b7 C- ?; a0 `& @6 l
+ l. D# G3 w8 f3 `: G
1: ?1 u( j& q& M
2 1 O9 x! G8 F0 v4 T- `0 O5 V37 P! O0 ?0 u, z4 J3 N
4 $ Q. P0 V' n; q: x7 M6 f6 g58 l. z R3 v5 ~
6$ z" f, H2 `3 [7 X
77 d! X. n: Z: F; ~
85 d+ X5 E: A5 p
93 H+ S; z$ L4 Q, s( [ U
10 $ @6 ~5 `4 l& Q1 w! h: Q11 , r" e9 R. f3 c2 t- N K, x125 }" [% J$ y) [6 W" ]
13% h2 b8 f Y" q' B3 [0 F: s: P
149 S5 f. R5 x4 q9 k' s
159 E( c) D- [ w+ d
16' m8 u- G, x, H
17 }% n [8 t) a
18. N& ?' Q/ ?7 X% |
19 - Q" N* S5 r5 y20 . Z; M3 v& U0 A3 Q21 A3 ^, z, x: h& L) ?( q22: y( @/ b1 D- l4 U
23 D# C" `6 e, g) U m24 3 D: G: Y) P* ~' W25* ?; h- Y Y8 V) u# R8 U
26! l1 w) P3 j& J
273 d2 B; F# P7 N7 {2 X
28) J& ?; E1 l/ S
29 1 t5 E$ c7 _. A" t" E30 4 ?# f! \# i. ]这时如果m mm设置得稍微大一点(比如4),在迭代过程中梯度就会溢出,使参数无法收敛。在收敛时,拟合效果还算可以:, H: g+ J" h5 A' d5 e. t6 L
6 _+ w( H; L( V6 m
% Q) k9 u0 q% h; p. b& z3 L共轭梯度法 ! H9 u( D' d+ s& D6 F8 v8 g共轭梯度法(Conjugate Gradients)可以用来求解形如A x = b A\pmb x=\pmb bA& `( K7 k& J; t A2 W% f) o" z
x / L: T& L$ n ?1 Ax= , g- J T# @- \3 F# y' K' kb ( p B' `# @" O. I; i9 c6 d0 X2 p! yb的方程组,或最小化二次型f ( x ) = 1 2 x T A x − b T x + c . f(\pmb x)=\frac12\pmb x^TA\pmb x-\pmb b^T \pmb x+c.f( 1 v Y" w. m m9 I0 y4 wx / }3 e' ~' Z9 r Fx)= * a& ?6 Q$ G' o" u y, {4 w
2 2 A3 e% ~$ ^- T% U/ [- F1/ u9 Y7 A5 d3 h! F q( t
' Q; C* P! s& L' ]- m% K2 c9 c
- b; \- a: {; E0 M- E& N# {! z+ {
x ; O" m6 }' e1 U) \$ @/ d0 B2 F8 Jx ( v- O0 w: u1 u t j; lT / U8 X+ a# u; \ L! U# X' p A ( o. {& z) S: \9 D* g1 D6 Wx# C, d, E2 G" ~( [
x− ! I+ f; A& H" O% Ob ?' M; ]$ A! T# Y; mb 4 I- k% M) Y8 `1 b8 X1 N
T% \# e; Z6 ^0 [% u4 N. u8 q5 y. i
# X: ?; s& r7 s; f4 y$ ix3 z% t5 [, u7 J; U: g! z8 a5 ~
x+c.(可以证明对于正定的A AA,二者等价)其中A AA为正定矩阵。在本问题中,我们要求解" g7 [. V X& t! ~
X T X W = Y T X , X^TXW=Y^TX, e( J+ e' i+ S) N. U4 t7 k) C
X 3 f/ y6 r" V/ J8 K# ST5 D. G6 u! G9 f5 _" Y
XW=Y # m8 i: F; K6 `7 h7 d+ c) j
T ' B: w6 X! y% n X, # }* c' V6 X# K% q7 G# @# d4 @0 @6 G
就有A ( m + 1 ) × ( m + 1 ) = X T X , b = Y T . A_{(m+1)\times(m+1)}=X^TX,\pmb b=Y^T.A - g1 M( u; d# Z9 X5 b
(m+1)×(m+1) F2 M4 R" x6 B) ^2 P- y2 N' c' h& L$ ]+ Q3 B
=X 6 ?- X) H4 k; K/ ]/ V e3 dT6 U8 ?% v1 J2 o3 O0 W' |
X, % {! b' N6 f n) ~. yb2 S+ t5 ^2 C q2 n- q
b=Y , \+ V8 L' \0 [* ^T- A3 O( p7 m; M# o% b1 M
.若我们想加一个正则项,就变成求解 0 Z: Q, a; m% o+ O9 L( X T X + λ E ) W = Y T X . (X^TX+\lambda E)W=Y^TX. * n- ?# X* |: D9 n5 c# J(X `* n% w! C+ z
T4 A( |# Z4 N+ [2 h& a
X+λE)W=Y # B! I$ V' x( P8 I5 _
T# o. z8 w2 M$ R9 Z5 m
X., _9 z: K. P1 |0 L
- f, N j0 f; D r4 J
首先说明一点:X T X X^TXX 7 Y6 d4 N; E" v4 V; R$ ZT, |8 h( G1 [4 e
X不一定是正定的但一定是半正定的(证明见此)。但是在实验中我们基本不用担心这个问题,因为X T X X^TXX 8 C; N' Q1 i+ Y5 C" f" j" ]T' c& b% ?/ o4 i: ?/ Y
X有极大可能是正定的,我们只在代码中加一个断言(assert),不多关注这个条件。# G3 _: [7 {/ ?: y$ c7 h; m
共轭梯度法的思想来龙去脉和证明过程比较长,可以参考这个系列,这里只给出算法步骤(在上面链接的第三篇开头):, z2 l3 |% W/ ~( d( k# }+ p9 S
. E, P* A* E/ p! u: {+ @(0)初始化x ( 0 ) ; x_{(0)};x 4 {, s! ?6 |1 a+ y(0) + C7 x6 f' R7 M0 S" x) B* T. I" O& p* J# f5 C* r2 b8 c; O
; 2 V3 V0 O/ R# l2 p0 M8 g(1)初始化d ( 0 ) = r ( 0 ) = b − A x ( 0 ) ; d_{(0)}=r_{(0)}=b-Ax_{(0)};d 8 ?7 N& }) n& D4 O; L* C7 K
(0) # X# o0 C+ M0 ^/ q' |7 A& {7 r/ X7 ]8 }' ^7 [* d
=r 2 u8 g6 T( b- ?) b3 s0 [
(0), O1 a l( W. M. H& v" b0 c l
8 S! a% T) G% X =b−Ax 6 X) [* h& Z! i
(0)- k. U* F, g9 Y) u* s" b- ]
0 H" v" t x; v3 u2 u ; 2 K# g3 \. G+ w3 b$ ^! a3 C) [(2)令 - w7 i4 `0 i" M& q1 v+ y9 [* J( Wα ( i ) = r ( i ) T r ( i ) d ( i ) T A d ( i ) ; \alpha_{(i)}=\frac{r_{(i)}^Tr_{(i)}}{d_{(i)}^TAd_{(i)}};# Y, F4 h! U. |; j
α * `( Z& v; `6 r- N& H(i) . G& b3 |- l3 U9 x# p7 q( {" }; D5 |) n+ l( P
= & S0 q# R2 O' x
d : b+ s/ ]2 c* G$ t, @0 a% r1 K
(i) ; \6 b) C' t1 p5 s3 |# K$ _' xT % I/ B; F0 c3 ^4 Q* y( v4 r. m1 h9 z, W3 T, j
Ad 8 V4 i7 f9 B# B$ }. ]5 n
(i) 7 e- o2 S5 ]* Z2 N) ~6 J $ i+ v3 i! Y. a+ x$ U/ [ * K$ E8 h2 ^- [2 R' R, tr & }8 \- q- s5 \/ B" V
(i)1 ^8 D! T2 f! D+ N* _ }8 p, d: Q
T2 q6 W6 Y! _: {& U
8 R, F& ]; P" m) {: o; Y! w" l r ; E( @1 N" J. V; p7 a- b
(i) 3 ?- P7 |$ |, X2 v6 R2 j' u, b( M- o) ~' z! p, x' k
1 ]$ H& q, b& ~" G6 z8 C( p2 `- g
* S; S% t2 L7 h6 Y, D% r/ ~+ B ;; o7 F4 R# c' D
G0 T, H( O) x: C- I(3)迭代x ( i + 1 ) = x ( i ) + α ( i ) d ( i ) ; x_{(i+1)}=x_{(i)}+\alpha_{(i)}d_{(i)};x : a ]+ X/ E3 i) J( `% K$ P(i+1) 1 f! v" k; M/ ~8 j ! m7 L/ H% D$ j6 o4 C( l =x ; _! i1 f2 P) N7 K7 C( Z6 u
(i) ' P5 ~/ }2 k! z9 B* \ * _/ y# T7 |8 q1 L +α * t* @5 R4 n2 \" s
(i)4 \/ u$ s1 x# k( k% b
3 a/ X$ e( S* ]
d % D. X' N) [2 J+ ]8 H(i) 3 q( i: f; F1 g& F1 |* y 6 K! q K L& N* R! R' G ;7 z; h Y. b S9 S. k3 j& e, t
(4)令r ( i + 1 ) = r ( i ) − α ( i ) A d ( i ) ; r_{(i+1)}=r_{(i)}-\alpha_{(i)}Ad_{(i)};r ' y5 R! a1 H6 p! V: a( O) P- U
(i+1)$ `! W% M$ o2 b1 z/ M) x8 b
) p, G! T; \: ^& f =r 9 z3 p! v! H; R& u(i)/ @5 c, W5 Y* o
3 B% l9 V1 o [- P% ?9 q
−α , U& B$ u; [; B9 @: W(i)" ]5 E" ?3 k' C2 \7 X8 c
. w+ Z! r$ d+ B% Z Ad 9 h3 O3 K ?# R2 h# b1 T, m" y
(i); }9 g# m9 m. n2 X% l# Q9 g
4 S% H- ^3 `9 s/ Y+ M% x ;' C" q( s+ c* w1 v. O) p2 F2 l4 d
(5)令5 ~6 @4 J t, `% m `0 }: j+ U
β ( i + 1 ) = r ( i + 1 ) T r ( i + 1 ) r ( i ) T r ( i ) , d ( i + 1 ) = r ( i + 1 ) + β ( i + 1 ) d ( i ) . \beta_{(i+1)}=\frac{r_{(i+1)}^Tr_{(i+1)}}{r_{(i)}^Tr_{(i)}},d_{(i+1)}=r_{(i+1)}+\beta_{(i+1)}d_{(i)}. ) L+ @2 |6 U. q6 Y+ F, oβ E U9 w* ~4 b Z* x! F) O* ~
(i+1): w0 E6 P( v. `
% B( G6 y0 u% g3 ] H8 y2 U = 6 y* w, t3 N! r" F8 F" C# z
r 3 z S; E+ U* s% o6 y" H(i)" Y l) Z6 L7 s
T3 e$ }$ v. g7 c3 G- y* E
$ X; q; @" o9 B' J! }6 D
r $ r- \. ^4 b2 K- _& R
(i)9 u3 S, Q8 Y0 V0 N" U- f* o
" D5 R% W" ^! V, V% W8 D # t/ l8 n* [' w! S0 @5 @ s3 k8 j' or - B Q4 J% r& u1 ~+ @(i+1) 2 o0 P' N8 q: c% V; J% ST# ]; B' x8 v, R8 H& [
T3 E% k* H/ j r ( h+ ]7 |9 J6 g1 l& y(i+1)6 C# t0 I4 R1 h! ?
, k' H; j5 B3 a2 }4 t
; W( _! G# R3 D4 F V$ Q
* b7 F9 m$ l! Q2 E# h ,d , l: A5 k% _# O' k" O
(i+1) 1 Z! G1 G6 Q+ ^2 R4 }, L+ ^" i- t
=r 1 a) A& a. r, F% b(i+1)) S) {! P; x a) O$ q! ]5 t: G. G
6 R- ]: x) R {/ s
+β : a$ B: Y7 e# Y! a8 E' @, g# a(i+1)% ]1 V4 F1 G1 e1 ]3 o# Z6 O
& P8 h2 I+ z& M% ~ d * ^- p. E$ o2 @$ }, v5 J( s( h
(i)/ X* T4 h9 }! c5 f; \3 {
, W+ I6 q# X: D1 o6 I I . 7 `* \" N. P+ N! K! k, O t0 @) `2 z" ~/ w(6)当∣ ∣ r ( i ) ∣ ∣ ∣ ∣ r ( 0 ) ∣ ∣ < ϵ \frac{||r_{(i)}||}{||r_{(0)}||}<\epsilon 7 f$ Y$ y6 Q% [) c
∣∣r 5 Z3 D* T+ X0 J/ F0 M$ z(0) Q C4 Y- g& r Q( P1 L8 C7 h# o
8 B% n) v. N7 q. i: j ∣∣ 1 b8 ?7 z$ T; v, O3 v I* c- h5 f3 V∣∣r % r; Y% d' M& r* l N' n, O(i) , J+ V. g Q0 l8 G& @: w 8 X1 S. I( [) p/ V ∣∣ * D, X7 c0 k! o ! O( ^1 l5 n; R6 |/ I; Z1 ] <ϵ时,停止算法;否则继续从(2)开始迭代。ϵ \epsilonϵ为预先设定好的很小的值,我这里取的是1 0 − 5 . 10^{-5}.10 & v! ]9 I. \6 p2 p$ _
−59 c$ \ E3 o, w# j0 ~) G
.; H8 b$ r. {8 I2 W$ o
下面我们按照这个过程实现代码:$ X$ d$ O- ?# `+ `
# P) e- r# S) C% J% V4 M" h''' d0 p! c, k( r
共轭梯度法(Conjugate Gradients, CG)求优化解, m 为多项式次数 - g( F) |2 H+ [2 R, h9 [- dataset 数据集6 B/ u1 Q4 w; N
- m 多项式次数, 默认为 5 " ~8 h) \( u, r$ v- regularize 正则化参数, 若为 0 则不进行正则化 y, A: X+ A6 M
''' ! z# Z9 r; B. _2 X! \% }def CG(dataset, m = 5, regularize = 0):& b p5 j0 V: G1 S) w2 g9 S
X = np.array([dataset[:, 0] ** i for i in range(m + 1)]).T 2 `4 Q6 B7 `* w `: y( h A = np.dot(X.T, X) + regularize * np.eye(m + 1) ' v+ o, Q2 ~; W5 u# h2 {" B assert np.all(np.linalg.eigvals(A) > 0), '矩阵不满足正定!' + D$ X$ \3 I) ~. v' G! k b = np.dot(X.T, dataset[:, 1])6 z6 m3 K: Q- x$ _% S
w = np.random.rand(m + 1) X3 C3 L; _" m! j; v+ B
epsilon = 1e-5% ]; P1 s& ~& `+ O/ u# O; d
" q# u, F* F& i9 p4 y( b3 L* X # 初始化参数0 M: q n$ X$ H) ? a' L* G
d = r = b - np.dot(A, w), P; Y; Z0 s1 P) B# c) B1 u3 I
r0 = r 5 k4 ?* L. w+ X while True:4 V: G, g. z# @5 {- {, t! C
alpha = np.dot(r.T, r) / np.dot(np.dot(d, A), d)% D0 V* J9 _, X9 C, }! F" Z' w
w += alpha * d * s+ z u( j' \6 t% Y new_r = r - alpha * np.dot(A, d)* j4 d- ?, r1 J& d1 S, n; F: v' k& w
beta = np.dot(new_r.T, new_r) / np.dot(r.T, r) ; d* [. Q. K/ v d = beta * d + new_r 5 t/ l, K4 C0 ]5 M, b$ u! | r = new_r( i2 _1 g; H, b3 d" _( s
# 基本收敛,停止迭代 O" v8 v0 Z0 M3 i! X3 L$ S if np.linalg.norm(r) / np.linalg.norm(r0) < epsilon: 2 b! N8 e' f9 h/ }+ T break 3 e) b5 H6 N( g8 \3 ]0 H return w & u! |; g* T$ X2 z& G; F3 @ ( v* P/ L% w9 ?( T1 a X12 }7 d; e3 ?- e! A2 q
28 B+ b6 l1 Z# s: f7 o
37 y. V! `0 _- W. U
4' `$ P% Z% x) z1 i
5 % p* h8 M6 o. P5 l8 w" ?6 / E0 _# u$ s( i; t% J9 b. H8 v7 , H0 N8 e( _7 W: @: Y) ^% V85 N5 m9 }1 M* z/ F- s$ @" H1 r; e
90 q6 J8 ?" t1 h
10' {" x: k3 D" u
11- y/ ^" c6 ]0 x: D
12& c% L- @4 }' d
13 2 m: d; b5 B! V" H& T# T: l( {14( A, ?: W% j; B4 d1 i
15 ) S/ s( t0 T; @) W1 P }+ @- z16# H% p _$ W3 v/ l
17; @( n$ \5 z5 I$ R4 p9 {
18 , o- y8 D1 C8 v" @19 C3 t/ Z7 H2 U# S9 x20+ R# d! ~/ Y5 c6 ]7 v8 j
213 `% W2 k% M* K. o8 `- g s2 a, V) E% @
22 * c. N1 A& w8 U8 G% L1 Z23 5 W0 {8 c' @, I# _ P7 h24 % N& E; ], b$ z' @ y0 ?, H25) C- S: ^- W [+ o6 s$ A
26 . Z/ q0 m% O, K& W- h' ]27 ! g% N7 b5 V% p28& ]8 `( }' H4 K; k4 W. X$ I( q
相比于朴素的梯度下降法,共轭梯度法收敛迅速且稳定。不过在多项式次数增加时拟合效果会变差:在m = 7 m=7m=7时,其与最小二乘法对比如下: + ^# A9 P/ A$ y, `- v4 M/ t0 k1 V$ d, e; L, T; L
此时,仍然可以通过正则项部分缓解(图为m = 7 , λ = 1 m=7,\lambda=1m=7,λ=1):; K6 k6 L s1 m
% A4 k3 B( b2 m最后附上四种方法的拟合图像(基本都一样)和主函数,可以根据实验要求调整参数: ; B3 Z. n- E" w( }* _2 o+ p; o5 d & s7 h) [8 j' Q& w; ]# {0 h5 F, W; P3 e9 k
if __name__ == '__main__':* h, X, p- L0 o5 r2 [
warnings.simplefilter('error') 2 p. C. f( F& p: _9 u m , ?) }" c' i3 w7 ?( n dataset = get_dataset(bound = (-3, 3)) + [0 y/ t" Q. q+ J # 绘制数据集散点图: e7 R+ g4 I1 q+ X% H
for [x, y] in dataset:+ F' A6 L4 H: ]
plt.scatter(x, y, color = 'red')1 G6 V0 ]+ ~* ]2 N2 v" S
: o7 v' K4 }2 O 0 {9 T+ \# \6 _% F7 h # 最小二乘法 : g" D* R( @6 \6 ^; X' D: } V coef1 = fit(dataset) 1 ]* Y# R( z. j0 K0 a1 D) U # 岭回归$ Y1 |5 O* j( B% U4 w
coef2 = ridge_regression(dataset): a3 V+ n: `' p) }& u
# 梯度下降法 " x2 J& @( S1 b4 {: w3 O' H coef3 = GD(dataset, m = 3) 5 k z0 w6 |9 p) ]& p2 Z # 共轭梯度法7 y! f9 R0 X0 u, u! I
coef4 = CG(dataset) # F s" K$ |( u2 K2 [+ G! Q ) w+ [' T# S0 h) K/ d! ` # 绘制出四种方法的曲线 3 f. k* Z( k1 O: y$ _5 J; b draw(dataset, coef1, color = 'red', label = 'OLS') 5 O2 i, U3 p5 y4 L9 ~7 e/ i: h5 h draw(dataset, coef2, color = 'black', label = 'Ridge')) o; L+ m6 G" u% a+ B
draw(dataset, coef3, color = 'purple', label = 'GD') 3 [# d8 b- V" V4 T draw(dataset, coef4, color = 'green', label = 'CG(lambda:0)') 7 s; j! r$ f& N4 Y0 N3 Y6 I ; n# ` K9 }; g4 `0 N # 绘制标签, 显示图像 6 f9 c% V I: G% [3 G plt.legend(); H$ o3 S0 Y1 w$ I" Z* x
plt.show() " t ^& ?: {; J. K, Q& E4 ~+ z, y& w# Q ^7 d+ V9 r( r
————————————————, e' v' j) F+ [7 h( @6 t
版权声明:本文为CSDN博主「Castria」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 " M! {) i( x Z6 w% h原文链接:https://blog.csdn.net/wyn1564464568/article/details/126819062 5 J- `* d+ l$ R0 ]+ q4 y ! E! B9 u7 p5 C2 v / i9 c4 x, }& H0 a7 D- R g0 A* c