机器学习算法与实现 之 Logistic Regression---java实现
Logistic Regression和Linear Regression实现起来几乎是一样的,有疑问的同学可以看一看Andrew N.g在coursera上的machine learning课程。
我下面会给出相应的代码(代码写的其实很糟糕),只是一个简单的实现,效率不高,收敛速度比较慢,对于下面这样一个简单的数据:
0.0 0
0.1 0
0.7 1
1.0 0
1.1 0
1.3 0
1.4 1
1.7 1
2.1 1
2.2 1
都需要很多很多次迭代,而在weka中几乎是瞬间就训练好了(http://www.cnblogs.com/wzm-xu/p/4139831.html)
所以呢。。。。。我也不知道该说什么了。
LogisticRegression.java
import java.io.BufferedReader; import java.io.File; import java.io.FileReader; import java.io.IOException; import java.lang.Math; public class LogisticRegression { private double [][] trainData;//训练数据,一行一个数据,每一行最后一个数据为 y private int row;//训练数据 行数 private int column;//训练数据 列数 private double [] theta;//参数theta private double alpha;//训练步长 private int iteration;//迭代次数 public LogisticRegression(String fileName) { int rowoffile=getRowNumber(fileName);//获取输入训练数据文本的 行数 int columnoffile = getColumnNumber(fileName);//获取输入训练数据文本的 列数 trainData = new double[rowoffile][columnoffile+1];//这里需要注意,为什么要+1,因为为了使得公式整齐,我们加了一个特征x0,x0恒等于1 this.row=rowoffile; this.column=columnoffile+1; this.alpha = 0.001;//步长默认为0.001 this.iteration=100000;//迭代次数默认为 100000 theta = new double [column-1]; initialize_theta(); loadTrainDataFromFile(fileName,rowoffile,columnoffile); } public LogisticRegression(String fileName,double alpha,int iteration) { int rowoffile=getRowNumber(fileName);//获取输入训练数据文本的 行数 int columnoffile = getColumnNumber(fileName);//获取输入训练数据文本的 列数 trainData = new double[rowoffile][columnoffile+1];//这里需要注意,为什么要+1,因为为了使得公式整齐,我们加了一个特征x0,x0恒等于1 this.row=rowoffile; this.column=columnoffile+1; this.alpha = alpha; this.iteration=iteration; theta = new double [column-1]; initialize_theta(); loadTrainDataFromFile(fileName,rowoffile,columnoffile); } private int getRowNumber(String fileName) { int count =0; File file = new File(fileName); BufferedReader reader = null; try { reader = new BufferedReader(new FileReader(file)); while ( reader.readLine() != null) count++; reader.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (reader != null) { try { reader.close(); } catch (IOException e1) { } } } return count; } private int getColumnNumber(String fileName) { int count =0; File file = new File(fileName); BufferedReader reader = null; try { reader = new BufferedReader(new FileReader(file)); String tempString = reader.readLine(); if(tempString!=null) { String [] temp = tempString.split(" "); for(String s : temp) if(!s.equals("") && s!=null) count++; } reader.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (reader != null) { try { reader.close(); } catch (IOException e1) { } } } return count; } private void initialize_theta()//将theta各个参数全部初始化为1.0 { for(int i=0;i<theta.length;i++) theta[i]=1.0; } public void trainTheta() { int count = 0; int iteration = this.iteration; while( (count++) < iteration) { System.out.print(count); printTheta(); //对每个theta i 求 偏导数 double [] partial_derivative = compute_partial_derivative();//偏导数 //更新每个theta for(int i =0; i< theta.length;i++) theta[i]-= alpha * partial_derivative[i]; } } private double [] compute_partial_derivative() { double [] partial_derivative = new double[theta.length]; for(int j =0;j<theta.length;j++)//遍历,对每个theta求偏导数 { partial_derivative[j]= compute_partial_derivative_for_theta(j);//对 theta j 求 偏导 } return partial_derivative; } private double compute_partial_derivative_for_theta(int j) { double sum=0.0; for(int i=0;i<row;i++)//遍历 每一行数据 { sum+=h_theta_x_i_minus_y_i_times_x_j_i(i,j); } return sum/row; } private double h_theta_x_i_minus_y_i_times_x_j_i(int i,int j) { double[] oneRow = getRow(i);//取一行数据,前面是feature,最后一个是y double result = 0.0; result += h_thera_x_i(oneRow); result-=oneRow[oneRow.length-1]; result*=oneRow[j]; return result; } private double h_thera_x_i(double [] oneRow) { double theta_T_x = 0.0; for(int k=0;k< (oneRow.length-1);k++) theta_T_x += theta[k]*oneRow[k]; return 1/(1+(Math.exp(0-theta_T_x))); } private double [] getRow(int i)//从训练数据中取出第i行,i=0,1,2,。。。,(row-1) { return trainData[i]; } private void loadTrainDataFromFile(String fileName,int row, int column) { for(int i=0;i< row;i++)//trainData的第一列全部置为1.0(feature x0) trainData[i][0]=1.0; File file = new File(fileName); BufferedReader reader = null; try { reader = new BufferedReader(new FileReader(file)); String tempString = null; int counter = 0; while ( (counter<row) && (tempString = reader.readLine()) != null) { String [] tempData = tempString.split(" "); int numOfTrainData = 0; for(int i=0;i<column;i++) { while(tempData[numOfTrainData] == null || tempData[numOfTrainData].equals("")) numOfTrainData++; trainData[counter][i+1]=Double.parseDouble(tempData[numOfTrainData]); numOfTrainData ++; } counter++; } reader.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } finally { if (reader != null) { try { reader.close(); } catch (IOException e1) { } } } } public void printTrainData() { System.out.println("Train Data:\n"); for(int i=0;i<column-1;i++) System.out.printf("%10s","x"+i+" "); System.out.printf("%10s","y"+" \n"); for(int i=0;i<row;i++) { for(int j=0;j<column;j++) { System.out.printf("%10s",trainData[i][j]+" "); } System.out.println(); } System.out.println(); } public void printTheta() { System.out.print("theta: "); for(double a:theta) System.out.print(a+" "); System.out.println(); } }
TestLogisticRegression.java
public class TestLogisticRegression { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub LogisticRegression m = new LogisticRegression("trainData.txt",0.001,2000000); m.printTrainData(); m.trainTheta(); m.printTheta(); } }
trainData.txt:
0.0 0 0.1 0 0.7 1 1.0 0 1.1 0 1.3 0 1.4 1 1.7 1 2.1 1 2.2 1
感兴趣的同学还可以试一试下面这组数据:
0.0 2.9 0.0 1.0 1.9 0.0 2.0 0.9 0.0 3.0 -0.1 0.0 4.0 -1.1 0.0 0.0 2.5 0.0 1.0 1.5 0.0 2.0 0.5 0.0 3.0 -0.5 0.0 4.0 -1.5 0.0 0.0 2.0 0.0 1.0 1.0 0.0 2.0 0.0 0.0 3.0 -1.0 0.0 4.0 -2.0 0.0 0.0 1.0 0.0 1.0 0.0 0.0 2.0 -1.0 0.0 3.0 -2.0 0.0 4.0 -3.0 0.0 0.2 2.9 1.0 1.2 1.9 1.0 2.2 0.9 1.0 3.2 -0.1 1.0 4.2 -1.1 1.0 1.2 2.9 1.0 2.2 1.9 1.0 3.2 0.9 1.0 4.2 -0.1 1.0 5.2 -1.1 1.0 2.2 2.9 1.0 3.2 1.9 1.0 4.2 0.9 1.0 5.2 -0.1 1.0 6.2 -1.1 1.0 3.0 0.2 0.0 1.0 2.3 0.0 1.0 1.8 1.0 2.0 0.8 1.0
最后训练出来的模型是:h(x)=1/(1+exp(-(-13.9827+4.6001*x1+4.6302*x2)))
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