Softmax回归——识别MINST数据库

Softmax回归就是推广版本的逻辑回归。

只不过逻辑回归是个2分类问题，而Softmax是多分类问题，仅此而已。

Softmax回归在2分类情况下就蜕化成了逻辑回归。

逻辑回归的代价函数

考虑到权重衰减，修改一下就是Softmax回归的代价函数了

这里的权重衰减项是必须的，因为原先的代价函数不是严格凸函数，有无穷个极小值。现在加了这个权重衰减项，函数变成了严格凸函数。L-BFGS算法可以保证收敛得到全局最优解。

 

新函数的导数如下

 

接下来就是编程了，要注意几个小问题

1.要把以下文件也存入路径，以便调用：

computeNumericalGradient
loadMNISTImages
loadMNISTLabels
train-images.idx3-ubyte
train-labels.idx1-ubyte
minFunc</span>

2.主程序里面数据文件的名字需要修改

改为

train-images.idx3-ubyte/train-labels.idx1-ubyte</span>

3.注意几个重要矩阵的维数

data：784*60000
theta：10*784
M：10*60000
groundtruth：10*60000</span>

4.善用bsxfun函数，少占内存，提高速度。

5.注意使用防止数据溢出的处理方式。

6.gred记录最大概率出现的序号，而不是数值。

7.老生常谈，矢量化编程。

下面给出核心代码：

SoftmaxCost

M=theta*data;%得到加权数据矩阵
M=bsxfun(@minus, M, max(M, [], 1));%防止数据溢出
hypothesis=bsxfun(@rdivide,exp(M),sum(exp(M)));%得到概率矩阵
cost=-(groundTruth(:)'*log(hypothesis(:)))/numCases+lambda/2*sumsqr(theta);%代价函数
thetagrad=-(groundTruth-hypothesis)*data'/numCases+lambda*theta;%梯度函数</span>

SoftmaxPredict

[~,pred]= max(theta*data);%记录最大概率的序号而不是最大值</span>

Accuracy: 93.272%，可以看出Softmax容易实现，效果也很不错。

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