为什么我们要使用LU或者QR计算线性回归参数而不是用逆矩阵?

线性回归是最基本的机器学习模型,我们通过学习机器学习中本文假设你对线性回归和矩阵论有一定的了解,我们探索两种通过矩阵求解线性回归的相关的参数的一个算法,并且探究两种算法的区别。

通过求解逆矩阵求解线性回归的参数

今天遇到的问题是,就是在计算线性回归的参数的时候,我们一般学过线性回归的同学第一直觉能想到的公式就是:
\hat{w}^* = (X^TX)^{-1}X^Ty
倘若你没有学过这个公式,说明你学过的线性回归没有讲通过矩阵计算线性回归的方法,建议去网上找一下相关的资料。回到现在的问题,我们知道,逆矩阵的求解方法是伴随矩阵除行列式,也就是
A^{-1}=\frac{A^*}{\det{A}}
其中A^*指的是A的伴随矩阵,伴随矩阵的求法就是通过求代数余子式来得到伴随矩阵。

通过LU分解求解得到线性回归的参数

我们首先回顾一下矩阵的基本知识,我们知道矩阵是对线性方程的一种表示方式。例如我们一组线性方程
a_{1,1}x+a_{1,2}y + a_{1,3}z = 0 \\ a_{2,1}x+a_{2,2}y + a_{2,3}z = 0 \\ a_{3,1}x+a_{3,2}y + a_{3,3}z = 0
我们知道这可以得到一个系数矩阵:
\begin{bmatrix} a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3} \end{bmatrix}
如果我们有一组线性方程
a_{1,1}x+a_{1,2}y + a_{1,3}z = \alpha_1 \\ a_{2,1}x+a_{2,2}y + a_{2,3}z = \alpha_2 \\ a_{3,1}x+a_{3,2}y + a_{3,3}z = \alpha_3
那么我们就可以得到一个增广矩阵也就是:
\begin{bmatrix} a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} & \alpha_1 \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} & \alpha_2 \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3} & \alpha_3 \end{bmatrix}
我们可以通过对这个增广矩阵进行高斯消元法得到一个阶梯矩阵,然后通过阶梯矩阵求到x,y,z的具体的值。

那么我们从上一节中的线性回归的中的公式可以得到
XX^T\hat{w}^* = X^Ty
所以系数矩阵为XX^T,同时等号的右边是一个向量,于是我们就可以得到一个增广矩阵
\begin{bmatrix} XX^T & X^Ty \end{bmatrix}
通过解这个增广矩阵得到每一个xyz的值,我们就可以得到线性方程组的参数了。从而得到每一个线性回归方程中的每一个参数的具体的量了。

通过LU分解求解得到线性回归的参数

等着填坑

两种算法的算法复杂度比较

对于第一种逆矩阵的求法,我们需要求代数余子式,每一个代数余子式需要求一次行列式,同时我们还需要求一次总的行列式,那么对于一个\sqrt{n}阶的矩阵,那么就会有n个参数,此时算法复杂度为:
O(n^3)
而通过LU分解得到线性方程的方法也为相同的复杂度,也就是:
O(n^3)
虽然两个算法的阶数相同,但是两个算法的前面的系数并不相同,一般来说,LU分解是逆矩阵求法的1/3,因此我们为了计算更加快速,我们平常在解这个方程的时候,能用LU分解就用LU分解,而不要用逆矩阵去求解

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,839评论 6 482
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,543评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 153,116评论 0 344
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,371评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,384评论 5 374
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,111评论 1 285
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,416评论 3 400
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,053评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,558评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,007评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,117评论 1 334
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,756评论 4 324
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,324评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,315评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,539评论 1 262
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,578评论 2 355
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,877评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容