Logis&c	
  
Regression	
  
Classifica&on	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Classifica(on	
  
Email:	
  Spam	
  /	
  Not	
  Spam?	
  
Online	
  Transac&ons:	
  Fraudulent	
  (Yes	
  /	
  No)?	
  
Tumor:	
  Malignant	
  /	
  Benign	
  ?	
  
0:	
  “Nega&ve	
  Class”	
  (e.g.,	
  benign	
  tumor)	
  
	
  	
  
1:	
  “Posi&ve	
  Class”	
  (e.g.,	
  malignant	
  tumor)	
  
Andrew	
  Ng	
  
Tumor	
  Size	
  
Threshold	
  classifier	
  output	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  at	
  0.5:	
  
If	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ,	
  predict	
  “y	
  =	
  1”	
  
If	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  ,	
  predict	
  “y	
  =	
  0”	
  
Tumor	
  Size	
  
Malignant	
  ?	
  
(Yes)	
  1	
  
(No)	
  0	
  
Andrew	
  Ng	
  
Classifica&on:	
  	
  	
  	
  y	
  	
  	
  =	
  	
  	
  0	
  	
  	
  or	
  	
  	
  1	
  
can	
  be	
  >	
  1	
  or	
  <	
  0	
  
Logis&c	
  Regression:	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Hypothesis	
  
Representa&on	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Sigmoid	
  func&on	
  
Logis&c	
  func&on	
  
Logis(c	
  Regression	
  Model	
  
Want	
  
1	
  
0.5	
  
0	
  
Andrew	
  Ng	
  
Interpreta(on	
  of	
  Hypothesis	
  Output	
  
=	
  es&mated	
  probability	
  that	
  y	
  =	
  1	
  on	
  input	
  x	
  	
  
Tell	
  pa&ent	
  that	
  70%	
  chance	
  of	
  tumor	
  being	
  malignant	
  	
  
Example:	
  	
  If	
  	
  
“probability	
  that	
  y	
  =	
  1,	
  given	
  x,	
  
	
  	
  parameterized	
  by	
  	
  	
  	
  ”	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Decision	
  boundary	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Logis(c	
  regression	
  
	
  	
  Suppose	
  predict	
  “	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “	
  if	
  
	
  	
  	
  	
  	
  predict	
  “	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “	
  	
  if	
  
z	
  
1	
  
Andrew	
  Ng	
  
x1	
  
x2	
  
Decision	
  Boundary	
  
1 2 3
1
2
3
Predict	
  “	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “	
  if	
  	
  
Andrew	
  Ng	
  
Non-­‐linear	
  decision	
  boundaries	
  
x1	
  
x2	
  
Predict	
  “	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “	
  if	
  	
  
x1	
  
x2	
  
1	
  
-­‐1	
  
-­‐1	
  
1	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Cost	
  func&on	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Training	
  
set:	
  
How	
  to	
  choose	
  parameters	
  	
  	
  	
  ?	
  
m	
  examples	
  
Andrew	
  Ng	
  
Cost	
  func(on	
  
Linear	
  regression:	
  
“non-­‐convex”	
   “convex”	
  
Andrew	
  Ng	
  
Logis(c	
  regression	
  cost	
  func(on	
  
If	
  y	
  =	
  1	
  
1	
  
0	
  
Andrew	
  Ng	
  
Logis(c	
  regression	
  cost	
  func(on	
  
If	
  y	
  =	
  0	
  
1	
  
0	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Simplified	
  cost	
  func&on	
  
and	
  gradient	
  descent	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Logis(c	
  regression	
  cost	
  func(on	
  
Andrew	
  Ng	
  
Output	
  	
  
Logis(c	
  regression	
  cost	
  func(on	
  
To	
  fit	
  parameters	
  	
  	
  	
  :	
  	
  
To	
  make	
  a	
  predic&on	
  given	
  new	
  	
  	
  :	
  
Andrew	
  Ng	
  
Gradient	
  Descent	
  
Want	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  :	
  
Repeat	
  
(simultaneously	
  update	
  all	
  	
  	
  	
  	
  )	
  
Andrew	
  Ng	
  
Gradient	
  Descent	
  
Want	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  :	
  
(simultaneously	
  update	
  all	
  	
  	
  	
  	
  )	
  
Repeat	
  
Algorithm	
  looks	
  iden&cal	
  to	
  linear	
  regression!	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Advanced	
  	
  
op&miza&on	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Op(miza(on	
  algorithm	
  
Cost	
  func&on	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  .	
  Want	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  .	
  
Given	
  	
  	
  	
  ,	
  we	
  have	
  code	
  that	
  can	
  compute	
  
-­‐ 	
  	
  
-­‐ 	
  	
   (for	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  )	
  
Repeat	
  
Gradient	
  descent:	
  
Andrew	
  Ng	
  
Op(miza(on	
  algorithm	
  
Given	
  	
  	
  	
  ,	
  we	
  have	
  code	
  that	
  can	
  compute	
  
-­‐ 	
  	
  
-­‐ 	
  	
   (for	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  )	
  
Op&miza&on	
  algorithms:	
  
-­‐ Gradient	
  descent	
  
	
  
-­‐ Conjugate	
  gradient	
  
-­‐ BFGS	
  
-­‐ L-­‐BFGS	
  
Advantages:	
  
-­‐ No	
  need	
  to	
  manually	
  pick	
  	
  
-­‐ Oeen	
  faster	
  than	
  gradient	
  
descent.	
  
Disadvantages:	
  
-­‐ More	
  complex	
  
	
  
Andrew	
  Ng	
  
Example:	
  
function [jVal, gradient]
= costFunction(theta)
jVal = (theta(1)-5)^2 + ...
(theta(2)-5)^2;
gradient = zeros(2,1);
gradient(1) = 2*(theta(1)-5);
gradient(2) = 2*(theta(2)-5);
options = optimset(‘GradObj’, ‘on’, ‘MaxIter’, ‘100’);
initialTheta = zeros(2,1);
[optTheta, functionVal, exitFlag] ...
= fminunc(@costFunction, initialTheta, options);
Andrew	
  Ng	
  
gradient(1) = [ ];
function [jVal, gradient] = costFunction(theta)
theta =
jVal = [ ];
gradient(2) = [ ];
gradient(n+1) = [ ];
code	
  to	
  compute	
  
code	
  to	
  compute	
  
code	
  to	
  compute	
  
code	
  to	
  compute	
  
Logis&c	
  
Regression	
  
Mul&-­‐class	
  classifica&on:	
  
One-­‐vs-­‐all	
  
Machine	
  Learning	
  
Andrew	
  Ng	
  
Mul(class	
  classifica(on	
  
Email	
  foldering/tagging:	
  Work,	
  Friends,	
  Family,	
  Hobby	
  
Medical	
  diagrams:	
  Not	
  ill,	
  Cold,	
  Flu	
  
Weather:	
  Sunny,	
  Cloudy,	
  Rain,	
  Snow	
  
Andrew	
  Ng	
  
x1	
  
x2	
  
x1	
  
x2	
  
Binary	
  classifica&on:	
   Mul&-­‐class	
  classifica&on:	
  
Andrew	
  Ng	
  
x1	
  
x2	
  
One-­‐vs-­‐all	
  (one-­‐vs-­‐rest):	
  
Class	
  1:	
  
Class	
  2:	
  
Class	
  3:	
  
x1	
  
x2	
  
x1	
  
x2	
  
x1	
  
x2	
  
Andrew	
  Ng	
  
One-­‐vs-­‐all	
  
Train	
  a	
  logis&c	
  regression	
  classifier	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  for	
  each	
  
class	
  	
  	
  	
  to	
  predict	
  the	
  probability	
  that	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  .	
  
On	
  a	
  new	
  input	
  	
  	
  	
  ,	
  to	
  make	
  a	
  predic&on,	
  pick	
  the	
  
class	
  	
  	
  	
  that	
  maximizes	
  

Lecture6-Logistic regression with examples.pdf

  • 1.
  • 2.
    Andrew  Ng   Classifica(on   Email:  Spam  /  Not  Spam?   Online  Transac&ons:  Fraudulent  (Yes  /  No)?   Tumor:  Malignant  /  Benign  ?   0:  “Nega&ve  Class”  (e.g.,  benign  tumor)       1:  “Posi&ve  Class”  (e.g.,  malignant  tumor)  
  • 3.
    Andrew  Ng   Tumor  Size   Threshold  classifier  output                          at  0.5:   If                                                ,  predict  “y  =  1”   If                                                ,  predict  “y  =  0”   Tumor  Size   Malignant  ?   (Yes)  1   (No)  0  
  • 4.
    Andrew  Ng   Classifica&on:        y      =      0      or      1   can  be  >  1  or  <  0   Logis&c  Regression:  
  • 5.
    Logis&c   Regression   Hypothesis   Representa&on   Machine  Learning  
  • 6.
    Andrew  Ng   Sigmoid  func&on   Logis&c  func&on   Logis(c  Regression  Model   Want   1   0.5   0  
  • 7.
    Andrew  Ng   Interpreta(on  of  Hypothesis  Output   =  es&mated  probability  that  y  =  1  on  input  x     Tell  pa&ent  that  70%  chance  of  tumor  being  malignant     Example:    If     “probability  that  y  =  1,  given  x,      parameterized  by        ”  
  • 8.
    Logis&c   Regression   Decision  boundary   Machine  Learning  
  • 9.
    Andrew  Ng   Logis(c  regression      Suppose  predict  “                    “  if            predict  “                    “    if   z   1  
  • 10.
    Andrew  Ng   x1   x2   Decision  Boundary   1 2 3 1 2 3 Predict  “                    “  if    
  • 11.
    Andrew  Ng   Non-­‐linear  decision  boundaries   x1   x2   Predict  “                    “  if     x1   x2   1   -­‐1   -­‐1   1  
  • 12.
    Logis&c   Regression   Cost  func&on   Machine  Learning  
  • 13.
    Andrew  Ng   Training   set:   How  to  choose  parameters        ?   m  examples  
  • 14.
    Andrew  Ng   Cost  func(on   Linear  regression:   “non-­‐convex”   “convex”  
  • 15.
    Andrew  Ng   Logis(c  regression  cost  func(on   If  y  =  1   1   0  
  • 16.
    Andrew  Ng   Logis(c  regression  cost  func(on   If  y  =  0   1   0  
  • 17.
    Logis&c   Regression   Simplified  cost  func&on   and  gradient  descent   Machine  Learning  
  • 18.
    Andrew  Ng   Logis(c  regression  cost  func(on  
  • 19.
    Andrew  Ng   Output     Logis(c  regression  cost  func(on   To  fit  parameters        :     To  make  a  predic&on  given  new      :  
  • 20.
    Andrew  Ng   Gradient  Descent   Want                                        :   Repeat   (simultaneously  update  all          )  
  • 21.
    Andrew  Ng   Gradient  Descent   Want                                        :   (simultaneously  update  all          )   Repeat   Algorithm  looks  iden&cal  to  linear  regression!  
  • 22.
    Logis&c   Regression   Advanced     op&miza&on   Machine  Learning  
  • 23.
    Andrew  Ng   Op(miza(on  algorithm   Cost  func&on                  .  Want                                        .   Given        ,  we  have  code  that  can  compute   -­‐     -­‐     (for                                                          )   Repeat   Gradient  descent:  
  • 24.
    Andrew  Ng   Op(miza(on  algorithm   Given        ,  we  have  code  that  can  compute   -­‐     -­‐     (for                                                          )   Op&miza&on  algorithms:   -­‐ Gradient  descent     -­‐ Conjugate  gradient   -­‐ BFGS   -­‐ L-­‐BFGS   Advantages:   -­‐ No  need  to  manually  pick     -­‐ Oeen  faster  than  gradient   descent.   Disadvantages:   -­‐ More  complex    
  • 25.
    Andrew  Ng   Example:   function [jVal, gradient] = costFunction(theta) jVal = (theta(1)-5)^2 + ... (theta(2)-5)^2; gradient = zeros(2,1); gradient(1) = 2*(theta(1)-5); gradient(2) = 2*(theta(2)-5); options = optimset(‘GradObj’, ‘on’, ‘MaxIter’, ‘100’); initialTheta = zeros(2,1); [optTheta, functionVal, exitFlag] ... = fminunc(@costFunction, initialTheta, options);
  • 26.
    Andrew  Ng   gradient(1)= [ ]; function [jVal, gradient] = costFunction(theta) theta = jVal = [ ]; gradient(2) = [ ]; gradient(n+1) = [ ]; code  to  compute   code  to  compute   code  to  compute   code  to  compute  
  • 27.
    Logis&c   Regression   Mul&-­‐class  classifica&on:   One-­‐vs-­‐all   Machine  Learning  
  • 28.
    Andrew  Ng   Mul(class  classifica(on   Email  foldering/tagging:  Work,  Friends,  Family,  Hobby   Medical  diagrams:  Not  ill,  Cold,  Flu   Weather:  Sunny,  Cloudy,  Rain,  Snow  
  • 29.
    Andrew  Ng   x1   x2   x1   x2   Binary  classifica&on:   Mul&-­‐class  classifica&on:  
  • 30.
    Andrew  Ng   x1   x2   One-­‐vs-­‐all  (one-­‐vs-­‐rest):   Class  1:   Class  2:   Class  3:   x1   x2   x1   x2   x1   x2  
  • 31.
    Andrew  Ng   One-­‐vs-­‐all   Train  a  logis&c  regression  classifier                              for  each   class        to  predict  the  probability  that                      .   On  a  new  input        ,  to  make  a  predic&on,  pick  the   class        that  maximizes