Главная » Просмотр файлов » Regression models for data sciense

Regression models for data sciense (779323), страница 20

Файл №779323 Regression models for data sciense (Regression models for data sciense) 20 страницаRegression models for data sciense (779323) страница 202017-12-25СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Considera model Yi = f (Xi ) + ϵ. How can we fit such a model using linear models (often called scatterplotsmoothing)?We’re going to cover a basic technique called regression splines. Consider the modelYi = β0 + β1 Xi +d∑(xi − ξk )+ γk + ϵik=1where (a)+ = a if a > 0 and 0 otherwise and ξ1 ≤ ... ≤ ξd are known knot points. Prove to yourselfthat the mean function:\beta_0 + \beta_1 X_i + \sum{k=1}ˆd (x_i - \xi_k)+ \gamma_k {/$$} is continuous at the knot points.That is, we could draw this function without lifting up the pen.Let’s try a simulated example. The function is a sine curve with noise. We have twenty knot points.## simulate the datan <- 500; x <- seq(0, 4 * pi, length = n); y <- sin(x) + rnorm(n, sd = .3)## the break points of the spline fitknots <- seq(0, 8 * pi, length = 20);## building the regression spline termssplineTerms <- sapply(knots, function(knot) (x > knot) * (x - knot))## adding an intercept and the linear termxMat <- cbind(1, x, splineTerms)## fit the model, notice the intercept is in xMat so we have -1yhat <- predict(lm(y ~ xMat - 1))## perform the plotplot(x, y, frame = FALSE, pch = 21, bg = "lightblue", cex = 2)lines(x, yhat, col = "red", lwd = 2)¹²⁵https://youtu.be/DRKg33tmoAE126Bonus materialThe plot discovers the sine curve fairly well.

However, it has abrupt break points. This is because ourfitted function is continuous at the knot points, but is not differentiable. We can get it to have onecontinuous derivative at those points, by adding squared terms. Adding cubic terms would make ittwice continuously differentiable (so even a little smoother looking). Here’s our squared regressionspline model:Y i = β0 + β1 X i +β2 Xi2+d∑(xi − ξk )2+ γk + ϵik=1splineTerms <- sapply(knots, function(knot) (x > knot) * (x - knot)^2)xMat <- cbind(1, x, x^2, splineTerms)yhat <- predict(lm(y ~ xMat - 1))plot(x, y, frame = FALSE, pch = 21, bg = "lightblue", cex = 2)lines(x, yhat, col = "red", lwd = 2)Plot of the fit after adding the squared terms.Notice how much smoother the fitted (red) curve is now.NotesThe collection of regressors is called a basis.

People have spent a lot of time thinking about basesfor this kind of problem. So, consider this treatment is just a teaser. Further note that a single knotpoint term can fit hockey stick like processes, as long as you know exactly where the knot point is.Bonus material127These bases can be used in GLMs as well. Thus, this gives us an easy method for fitting non-linearfunctions in the linear predictor.

An issue with these approaches in either linear or generarlizedlinear models is the large number of parameters introduced. Most solutions require some method of“regularization”. In this process the effective dimension is reduced by adding a term that penalizeslarge coefficients.Harmonics using linear modelsFinally, we’d like to end with another basis, perhaps the most famous one.

Consider give a musicalchord played continuously, could we use linear models to discover the notes? In the followingsimulation I consider the piano keys from middle C for a full octave¹²⁶.We’re going to generate our chords as sine curves of the specified frequencies. Then we’ll fit a linearmodel with all of the sine curves and look at which coefficients seem large.

Those would make upour chord. I got the note frequencies here¹²⁷.123456789101112131415## Chord finder, playing the white keys on a piano from octave c4 - c5## Note frequencies in the order of C4, D4, E4, F4, G4, A4, B4, C5notes4 <- c(261.63, 293.66, 329.63, 349.23, 392.00, 440.00, 493.88, 523.25)## The time variable (how long the chord is played and how frequently it is digi\tally sampled)t <- seq(0, 2, by = .001); n <- length(t)## The notes for a C Major Chordc4 <- sin(2 * pi * notes4[1] * t); e4 <- sin(2 * pi * notes4[3] * t);g4 <- sin(2 * pi * notes4[5] * t)## Create the chord by adding the three togetherchord <- c4 + e4 + g4 + rnorm(n, 0, 0.3)## Create a basis that has all of the notesx <- sapply(notes4, function(freq) sin(2 * pi * freq * t))## Fit the modelfit <- lm(chord ~ x - 1)¹²⁶https://en.wikipedia.org/wiki/Octave¹²⁷http://www.phy.mtu.edu/~suits/notefreqs.html128Bonus materialPlot of the fitted coefficients.It is interesting to note that what we’re accomplishing is highly related to the famous Discrete FourierTransform.

This is an automatic what to fit all sine and cosine terms available to a set of data. And,the Fast (Discrete) Fourier Transform (FFT) does it about as fast as possible (faster than fitting thelinear model). Here, I give some code to show taking the FFT and plotting the coefficients. Notice itlodes on the three notes comprising the chords.##(How you would really do it)a <- fft(chord); plot(Re(a)^2, type = "l")129Bonus materialFit of the FFT to the dataThanks!Thanks for your time and attention in reading this book. I hope that you’ve learned some of thebasics of linear models and have internalized that these are some incredibly powerful tools. As anext direction, you might consider more coverage of generalized linear models, or looking at thespecific cases for correlated data. Thanks again!Brian.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
3,77 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6532
Авторов
на СтудИзбе
301
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее