재귀 (온라인) 정규화 된 최소 제곱 알고리즘


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누구든지 Tikhonov 정규화 (정규 최소 제곱)에 대한 온라인 (재귀) 알고리즘의 방향을 알려 줄 수 있습니까?

오프라인 설정에서 n-fold cross validation을 사용하여 λ 를 찾은 원래 데이터 세트를 사용하여 β^=(XTX+λI)−1XTY 를 계산 합니다. y = x ^ T \ hat \ beta를 사용하여 주어진 x에 대해 새로운 y 값을 예측할 수 있습니다 .λyxy=xTβ^

온라인 설정에서 나는 지속적으로 새로운 데이터 포인트를 그립니다. 전체 데이터 세트 (원본 + 신규)에서 전체 재 계산을 수행하지 않고 새로운 추가 데이터 샘플을 그릴 때 \ hat \ beta를 어떻게 업데이트 할 수 β^있습니까?


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Tikhonov에서 정규화 된 최소 제곱은 아마도 순수 선형 문제 (여기에서와 같이)에 적용될 때에도 통계 원에서 더 일반적으로 Levenberg-Marquardt 라고 합니다. 온라인 Levenberg Marquardt에 관한 논문이 있습니다 . 그게 도움이되는지 모르겠습니다.
— Glen_b-복지 주 모니카

답변:


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β^n=(XXT+λI)−1∑i=0n−1xiyi

하자 , 다음Mn−1=(XXT+λI)−1

β^n+1=Mn+1−1(∑i=0n−1xiyi+xnyn) 및

Mn+1−Mn=xnxnT , 우리는 얻을 수 있습니다

β^n+1=β^n+Mn+1−1xn(yn−xnTβ^n)

에 따르면 우드 베리 공식 , 우리가

Mn+1−1=Mn−1−Mn−1xnxnTMn−1(1+xnTMn−1xn)

결과적으로

β^n+1=β^n+Mn−11+xnTMn−1xnxn(yn−xnTβ^n)

Polyak 평균화 는 를 사용하여 을 범위가 근사값에 사용할 수 있음을 나타냅니다. 에 . 귀하의 경우 재귀에 가장 적합한 를 선택하려고 시도 할 수 있습니다 .M − 1 nηn=n−α α0.51αMn−11+xnTMn−1xnα0.51α


배치 그라디언트 알고리즘을 적용하면 작동한다고 생각합니다.

β^n+1=β^n+ηnn∑i=0n−1xi(yi−xiTβ^n)


각각의 연속 배치가 약간 다른 분포에서 추출되는 새로운 데이터의 배치 샘플로 회귀자를 업데이트하면 어떻게됩니까? 즉 비 IID. 이 경우 회귀자가 새 데이터를 고려하지만 이전 데이터의 로컬 성 (이전 배치)에 대한 예측에는 영향을 미치지 않기를 원합니까? 유용하다고 생각되는 문헌을 알려 주시겠습니까?
— rnoodle

좋은 질문이지만 죄송합니다. 현재 회답에서 배치 그라디언트 수식을 사용하고 있거나 행렬 형식을 직접 적용하여 근사하는 경우 모델에 얼마나 영향을 미치는지 알 수 없습니다. eta ^ (-alpha) * X (Y-X 'beta_n) 여기서 X, Y는 새로운 배치 샘플입니다
— lennon310

안녕하세요, 정규화 계수가 재귀 업데이트 수식에 포함되지 않은 것 같습니다. 또는 M 행렬의 역 초기화에만 중요합니까?
— Peng Zhao

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지금까지 아무도 다루지 않은 점은 일반적 으로 데이터 포인트가 추가 될 때 정규화 매개 변수 일정하게 유지하는 것이 의미가 없다는 것 입니다. 그 이유는 는 일반적으로 데이터 포인트 수에 따라 선형 적으로 증가하지만 정규화 용어 는 그렇지 않습니다. ‖ X β - Y ‖ 2 ‖ λλ‖Xβ−y‖2‖λβ‖2


흥미로운 지적입니다. 그러나 왜 정확히 "이치에 맞지 않습니까"? 일정하게 유지하는 것은 수학적으로 유효하기 때문에 어떤 종류의 통계적 맥락에서 "이해할 수 없음"을 이해해야합니다. 그러나 어떤 맥락? 무엇이 잘못 되었나요? 제곱의 합을 평균 제곱으로 바꾸는 것과 같은 쉬운 해결책이 있습니까? λ
— whuber

제곱의 합을 스케일링 된 버전 (예 : 평균 제곱 오차)으로 바꾸는 것은 의미가 있지만 단순히 재귀 최소 제곱을 사용하면 달성 할 수 없습니다.
— Brian Borchers

잘못된 선택에 대해서는 선택에 따라 많은 수의 데이터 포인트가 포함 된 매우 정규화되지 않은 솔루션 또는 적은 수의 데이터 포인트가 포함 된 매우 과도하게 규제 된 솔루션을 얻게됩니다. λ
— Brian Borchers

의심 할 수도 있지만, 데이터 포인트를 수신 한 후 를 초기에 튜닝 한 다음 더 많은 데이터 포인트를 추가하면 더 많은 데이터 포인트와 동일한 가진 결과 솔루션 이 과잉 또는 과소 규정인지 여부는 새로운 데이터 포인트. 데이터 포인트가 다변량 분포의 iid 샘플처럼 작동한다고 가정하면이를 분석 할 수 있습니다.이 경우 단계 에서 를 으로 설정해야합니다 . 이렇게하면 업데이트 수식이 변경되지만 규칙적이고 간단한 방식으로 효율적인 계산이 가능할 수 있습니다. (+1)N λλnλλN/nN
— 우버

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아마도 확률 적 그라디언트 디센트 와 같은 것이 여기에서 작동 할 수 있습니다. 계산 초기 데이터 세트에 위의 식을 이용하여, 즉 당신의 시작 예상됩니다. 각각의 새로운 데이터 포인트에 대해 한 단계의 경사 하강을 수행하여 모수 추정치를 업데이트 할 수 있습니다.β^


나는 SGD (아마도 미니 배치)가 이와 같은 온라인 문제, 즉 함수 근사치를 업데이트하는 방법이라는 것을 알고 있습니다.
— rnoodle

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선형 회귀 분석에서 한 가지 가능성은 여기에 설명 된대로 의 QR 분해를 직접 업데이트하는 것 입니다. 새로운 각 데이터 포인트가 추가 된 후 를 다시 추정하지 않는 한 능선 회귀로 매우 유사한 것을 수행 할 수 있다고 생각합니다.λXλ


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다음은 Woodbury 수식을 사용하는 것과 비교하여 대안이면서 덜 복잡한 방법입니다. 참고 와 같이 쓸 수있다 합계 . 우리는 온라인으로 물건을 계산하고 합계가 날아 가기를 원하지 않기 때문에 대체 수단 ( 및 )을 사용할 수 있습니다.XTXXTyXTX/nXTy/n

와 를 다음 과 같이 쓰면 :Xy

X=(x1T⋮xnT),y=(y1⋮yn),

및 ( 번째 행 까지 계산)에 대한 온라인 업데이트를 다음과 같이 작성할 수 있습니다 .XTX/nXTy/nt

At=(1−1t)At−1+1txtxtT,

bt=(1−1t)bt−1+1txtyt.

그러면 의 온라인 견적 이됩니다β

β^t=(At+λI)−1bt.

이것은 관측치를 추가 할 때 일정하게 유지되는 해석에도 도움이됩니다 .λ

이 절차는 https://github.com/joshday/OnlineStats.jl 이 선형 / 릿지 회귀의 온라인 추정치를 계산 하는 방법 입니다.

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