正则项不影响线性回归损失函数的凸性
2021-09-10
- Question: 加上正则项以后函数还是凸的吗? 梯度下降还适用吗?
- 还是适用的, 证明如下
首先, 如何证明一个函数为凸函数?
如果
f是二阶可微的,那么如果
f的定义域是凸集,并且
∀x∈dom(f),∇2f(x)⩾0,那么
f 就是一个凸函数.[^1]
- 严格凸函数则要求二阶导数恒大于零
-
dom(f)意指函数
f的定义域(Domian)
我们首先证明没有正则项的
J(θ)是凸的
∂θj∂J(θ)=2m1i=1∑m∂θj∂(hθ(x)−y)2=2m1i=1∑m2(hθ(x)−y)⋅∂θj∂(hθ(x)−y)=m1i=1∑m(hθ(x)−y)xj
∂θj2∂2J(θ)=∂θj∂(∂θj∂J(θ))=m1i=1∑m∂θj∂(hθ(x)−y)xj=m1i=1∑mxj2
显然是凸的.
然后加上正则项
∂θj∂J(θ)=2m1[i=1∑m∂θj∂(hθ(x)−y)2+λ∂θj∂i=1∑nθi2]=2m1[i=1∑m2(hθ(x)−y)xj+2λθj]=λθj+m1i=1∑m(hθ(x)−y)xj
∂θj2∂2J(θ)=∂θj∂(∂θj∂J(θ))=∂θj∂(λθj+m1i=1∑m(hθ(x)−y)xj)=λ+m1i=1∑mxj2
当然在
λ>0的时候上式恒大于零, 根据上面的定理, 损失函数一定是凸函数, 证毕.
[^1]:更详细的推导详见知乎文章: https://zhuanlan.zhihu.com/p/210252556
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