Kapalı formdaki kement çözümünün türetilmesi neden yanlış?


28

Kement sorunu kapalı formda bir çözüme sahip: \ beta_j ^ {\ text {lasso}} = \ mathrm {sgn} (\ beta ^ {\ metin {LS}} _ j) (| \ beta_j ^ {\ text {LS }} | - \ alpha) ^ + , X ortonormal sütunlara sahipse. Bu, bu başlıkta gösterilmiştir: Kapalı formdaki kement çözeltisinin türetilmesi .

βlasso=argminβ⁡‖y−Xβ‖22+α‖β‖1
βjlasso=sgn(βjLS)(|βjLS|−α)+
X

Ancak genel olarak neden kapalı form çözümü olmadığını anlamıyorum. Alt farklılıkları kullanarak aşağıdakileri elde ettim.

( X , n×p Matrix'tir)

f(β)=‖y−Xβ‖22+α‖β‖1
=∑i=1n(yi−Xiβ)2+α∑j=1p|βj|
( Xi , X'in i-inci satırıdırX )
=∑i=1nyi2−2∑i=1nyiXiβ+∑i=1nβTXiTXiβ+α∑j=1p|βj|
⇒∂f∂βj=−2∑i=1nyiXij+2∑i=1nXij2βj+∂∂βj(α|βj|)
={−2∑i=1nyiXij+2∑i=1nXij2βj+α for βj>0−2∑i=1nyiXij+2∑i=1nXij2βj−α for βj<0[−2∑i=1nyiXij−α,−2∑i=1nyiXij+α] for βj=0
ile ∂f∂βj=0 aldığımız

βj={(2(∑i=1nyiXij)−α)/2∑i=1nXij2for ∑i=1nyiXij>α(2(∑i=1nyiXij)+α)/2∑i=1nXij2for ∑i=1nyiXij<−α0 for ∑i=1nyiXij∈[−α,α]

Yanlış yaptığım yeri gören var mı?

Cevap:

Problemi matris cinsinden yazarsak, kapalı bir form çözümünün sadece ortonormal durumda neden sadece X ^ TX = I ile olduğunu çok kolay görebiliriz XTX=I:

f(β)=‖y−Xβ‖22+α‖β‖1
=yTy−2βTXTy+βTXTXβ+α‖β‖1
⇒∇f(β)=−2XTy+2XTXβ+∇(α|β‖1)
(Burada bir kerede birçok adım attım. Bu noktaya kadar bu, en küçük kareler çözümünün türetilmesine tamamen benzer. Bu yüzden orada eksik adımları bulabilmelisiniz.)
⇒∂f∂βj=−2XjTy+2(XTX)jβ+∂∂βj(α|βj|)

İle ∂f∂βj=0 aldığımız

2(XTX)jβ=2XjTy−∂∂βj(α|βj|)
⇔2(XTX)jjβj=2XjTy−∂∂βj(α|βj|)−2∑i=1,i≠jp(XTX)jiβi

Şimdi bir diğer tüm bağlı olduğunu , bu nedenle buradan nasıl devam belli değil. Eğer ortonormal ise bu yüzden kesinlikle bu durumda kapalı bir form çözümü var.βjβi≠jX2(XTX)jβ=2(I)jβ=2βj

Guðmundur Einarsson’a, burada üzerinde durduğum yanıtı için teşekkür ederim. Umarım bu sefer doğru olur :-)


3
CrossValidated'e hoş geldiniz ve çok güzel bir ilk yazı için tebrikler !
— S. Kolassa - Monica,

Yanıtlar:


16

Bu normalde en az açı regresyonu ile yapılır, kağıdı burada bulabilirsiniz .

Başlangıçtaki kafa karışıklığım için üzgünüm, bu konuda başka bir girişimde bulunacağım.

Yani işlevi genişlemesi sonrasında Alacağınızf(β)

f(β)=∑i=1nyi2−2∑i=1nyiXiβ+∑i=1nβTXiTXiβ+α∑j=1p|βj|

Sonra kısmi türevi göre . Benim endişem, sizin 1 normdan önceki son terimin kısmi türevini, yani ikinci dereceden terimini hesaplamanızdır. Daha detaylı inceleyelim. Bizde var:βj

Xiβ=βTXiT=(β1Xi1+β2Xi2+⋯+βpXip)
Böylece ikinci dereceden teriminizi şu şekilde yeniden yazabilirsiniz: Şimdi bu wrt : nin türevini hesaplamak için zincir kuralını kullanabiliriz
∑i=1nβTXiTXiβ=∑i=1n(Xiβ)2
βj
∂∂βj∑i=1n(Xiβ)2=∑i=1n∂∂βj(Xiβ)2=∑i=1n2(Xiβ)Xij

Şimdi probleminiz kolay değil, çünkü her denklemde mevcut tüm katsayılarına sahipsiniz .β

Bu, neden Kement’in kapalı bir form çözümü olmadığına dair sorunuza cevap vermiyor, daha sonra bir şeyler ekleyebilirim.


1
Çok teşekkürler. Aslında neden kapalı form çözümü olmadığına bakıyorum (düzenlememe bakın).
— Norbert

Tatlı! Harika iş :)
— Gumeo
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.