," />

Методи оптимізації в машинному навчанні (курс лекцій)

Середовище реалізації завдання - MATLAB.

Модель -регулярізованной лінійної регресії

формулювання методу

Розглядається задача відновлення регресії. Є навчальна вибірка _n, t_n \> _ ^ N "/>, де _n \ in \ mathbb ^ D" /> - вектор ознак для об'єкта, а "/> - його регресійне значення. Завдання полягає в прогнозуванні регресійного значення" /> для нового об'єкта, представленого своїм вектором ознак _ "/>.

У лінійної регресії прогнозування здійснюється за допомогою лінійної функції:

де \ in \ mathbb ^ D "/> - деякі ваги. Налаштування ваг здійснюється шляхом мінімізації наступного регуляризоване критерію:

Тут - задається користувачем параметр регуляризації. Використання -регулярізаціі дозволяє, по-перше, знизити ймовірність перенавчання алгоритму, а по-друге, отримати т.зв. розріджений рішення. У розрідженому вирішенні частина компонент оптимального вектора ваг "/> дорівнює нулю. Нульові ваги для деяких ознак рівносильні їх виключення з моделі (визнання їх неінформативними).

двоїста задача

Розглянемо отримання двоїстої задачі оптимізації для задачі (1). Для цього розглянемо еквівалентну постановку даного завдання у вигляді завдання умовної оптимізації:

Далі можна показати, що двоїстої до даної задачі опуклою оптимізації буде наступна:

Тут під || _ "/> розуміється.

гладка завдання

Завдання опуклою негладкою оптимізації (1) можна еквівалентно представити у вигляді завдання гладкою умовної мінімізації:

формулювання завдання

  • Вивести двоїсту задачу оптимізації (2); записати, як за рішенням двоїстої задачі (2) можна отримати рішення прямої задачі (1);
  • Для завдання (2) запропонувати формулу обчислення допустимої двоїстої точки "/> по заданій прямій точці" />, на її основі записати верхню оцінку на зазор між рішеннями прямої задачі (1) і двоїстої задачі (2);
  • Вивести необхідні формули для вирішення гладкою завдання навчання (3) за допомогою методу бар'єрних функцій; запропонувати свій спосіб ефективного вирішення відповідної СЛАР, необхідні для цього формули вставити в звіт;
  • Реалізувати метод бар'єрних функцій для розв'язання задачі (3); в якості критерію зупину використовувати отриману верхню оцінку на зазор;
  • Вивести необхідні формули для розв'язування задачі (2) за допомогою прямо-двоїстого методу внутрішньої точки; запропонувати свій спосіб ефективного вирішення обуреної ККТ-системи, необхідні для цього формули вставити в звіт;
  • Реалізувати прямо-двоїстий метод внутрішньої точки для завдання (2); в якості критерію зупину використовувати норму правій частині обуреної ККТ-системи;
  • Реалізувати на вибір проксимальний або покоординатно метод для вирішення завдання навчання (1);
  • Провести експериментальне порівняння трьох реалізованих методів (метод бар'єрів для завдання (1), прямо-двоїстий метод внутрішньої точки для завдання (2) і проксимальний / покоординатно метод для задачі (1)) на предмет швидкості роботи при 1) різних співвідношеннях між кількістю об'єктів і ознак в даних і 2) різних значеннях параметра точності;
  • Написати звіт в форматі PDF з описом всіх проведених досліджень. Даний звіт повинен містити, зокрема, необхідні формули для всіх методів. Також у всіх наведених експериментах має бути зазначено кількість ітерацій, точність, параметри і час роботи методів.

Специфікація функцій, що реалізовуються

Навчання методом штрафних функцій

w = l1linreg_barrier (X, t, lambda, param_name1, param_value1.)