KKT เทียบกับสูตรที่ไม่มีข้อ จำกัด ของการถดถอยแบบ lasso


20

L1 ลงโทษการถดถอย (aka Lasso) จะถูกนำเสนอในสองสูตร ให้ทั้งสองฟังก์ชั่นวัตถุประสงค์เป็น ดังนั้นสูตรที่แตกต่างกันสองอย่างคือ อยู่ภายใต้ และ, การใช้เงื่อนไข Karush-Kuhn-Tucker (KKT) มันง่ายที่จะเห็นว่าเงื่อนไขคงที่สำหรับสูตรแรกนั้นเทียบเท่ากับการไล่ระดับสีของสูตรที่สองและตั้งค่าเท่ากับ 0 สิ่งที่ฉันไม่สามารถหาได้ เป็นวิธีที่เงื่อนไขความหย่อนสมบูรณ์ของสูตรแรก

Q1=12||Y−Xβ||22Q2=12||Y−Xβ||22+λ||β||1.
argminβQ1
||β||1≤t,
argminβQ2.
λ(||β||1−t)=0รับประกันว่าจะได้รับการตอบสนองด้วยวิธีการแก้ปัญหาในสูตรที่สอง

คำตอบ:


16

สูตรทั้งสองนั้นเทียบเท่ากันในแง่ที่ว่าทุกค่าของในสูตรแรกมีค่าของสำหรับสูตรที่สองซึ่งสูตรทั้งสองนั้นมี minimizerเดียวกันtλβ

นี่คือเหตุผล:

พิจารณาสูตร lasso: ปล่อยให้ minimizer เป็นและ ให้ขการเรียกร้องของฉันคือว่าถ้าคุณตั้งค่าในการกำหนดแรกแล้วการแก้ปัญหาของสูตรแรกยังจะ * นี่คือข้อพิสูจน์:

f(β)=12||Y−Xβ||22+λ||β||1
β∗b=||β∗||1t=bβ∗

พิจารณาสูตรแรก ถ้าเป็นไปได้ให้สูตรที่สองนี้มีทางออกเช่นนั้น (สังเกตเครื่องหมายน้อยกว่าอย่างเคร่งครัด) จากนั้นจึงง่ายที่จะเห็นว่าขัดแย้งกับข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นวิธีแก้ปัญหาสำหรับบ่วง ดังนั้นวิธีการแก้สูตรแรกคือยัง *บีตา | | บีตา | | 1<| | β∗| | 1=ขฉ( β )<F(β*)β*β*

min12||Y−Xβ||22 s.t.||β||1≤b
β^||β^||1<||β∗||1=bf(β^)<f(β∗)β∗β∗

ตั้งแต่สภาพความสะเพร่าที่สมบูรณ์มีความพึงพอใจในการแก้ปัญหาจุด *β ∗t=bβ∗

ดังนั้นเมื่อกำหนดสูตร lasso ด้วยคุณต้องสร้างสูตรแบบ จำกัด โดยใช้เท่ากับค่าของบรรทัดฐานของสารละลาย Lasso ในทางกลับกันเมื่อกำหนดสูตรด้วยคุณจะพบซึ่งวิธีแก้ปัญหาของ lasso จะเท่ากับโซลูชันของ formulation ที่ จำกัดλl 1 t λtl1tλ

(ถ้าคุณรู้เกี่ยวกับ subgradients คุณสามารถหานี้ได้โดยการแก้สมการ , โดยที่X T ( Y - X β * ) = λ Z * Z * ∈ ∂ | | β ∗ | | 1 )λXT(y−Xβ∗)=λz∗z∗∈∂||β∗||1)


1
ยอดเยี่ยม เมื่อคุณเห็นวิธีแก้ปัญหาคุณจะรู้สึกโง่ที่ไม่ไปอยู่ที่นั่นด้วยตนเอง ฉันถือว่าคุณหมายถึงในการค้นหาความขัดแย้งสมมติว่าเราพบเช่นนั้น ? | | บีตา | | 1<| | β∗| | 1=bβ^||β^||1<||β∗||1=b
— goodepic

ลองตอบ flaggin ให้ถูกต้อง
— bdeonovic

2
คุณช่วยอธิบายได้ไหมว่าทำไมf(β^)<f(β∗)
— goofd

นี่พิสูจน์ได้ว่าวิธีแก้ปัญหาสำหรับสูตรแรกต้องมีค่า l1-norm ของ b ด้วย มันพิสูจน์ได้อย่างไรว่าคำตอบทั้งสองนั้นเหมือนกันจริง ๆ ?
— broncoAbierto

1
นอกจากนี้ Lasso ไม่เคยมีวิธีการแก้ปัญหาที่ไม่ซ้ำกันดังนั้นเราจึงไม่สามารถอ้างถึงผืน arxiv.org/pdf/1206.0313.pdf อย่างไรก็ตามเราสามารถอ้างถึงชุดย่อเล็กสุดและแสดงให้เห็นว่าต้องเป็นของชุดนั้น β^≠β∗
— broncoAbierto

3

ฉันคิดว่าความคิดของ elexhobby สำหรับหลักฐานนี้เป็นสิ่งที่ดี แต่ฉันไม่คิดว่ามันถูกต้องทั้งหมด

ในการแสดงให้เห็นว่าการมีอยู่ของโซลูชันสำหรับสูตรแรกเช่นนั้นนำไปสู่ความขัดแย้งเราสามารถสรุปได้เฉพาะความจำเป็นของไม่ว่า * ‖ β ‖<‖β*‖‖ β ‖=‖β*‖ β =β*β^‖β^‖<‖β∗‖‖β^‖=‖β∗‖β^=β∗

ฉันขอแนะนำให้เราดำเนินการดังนี้:

เพื่อความสะดวกขอแสดงเป็นโดยและสูตรแรกและสูตรที่สองตามลำดับ สมมติว่ามีวิธีการแก้ปัญหาที่ไม่ซ้ำกันกับ b ให้มีวิธีการแก้ปัญหา * จากนั้นเรามี(มันไม่สามารถจะมากขึ้นเพราะข้อ จำกัด ) และดังนั้นจึง*) หากดังนั้นไม่ใช่ทางออกสำหรับซึ่งขัดแย้งกับสมมติฐานของเรา ถ้าP 2 P 2 β * ‖ β * ‖ = ขP 1 β ≠ β * ‖ β ‖ ≤ ‖ β * ‖ ฉ( β ) ≤ ฉ( β * ) ฉ( β ) < F ( β * ) β * P 2ฉ( β )P1P2P2β∗‖β∗‖=bP1β^≠β∗‖β^‖≤‖β∗‖f(β^)≤f(β∗)f(β^)<f(β∗)β∗P2β = β *f(β^)=f(β∗)ดังนั้นเนื่องจากเราคิดว่าวิธีแก้ปัญหาจะไม่ซ้ำกันβ^=β∗

อย่างไรก็ตามอาจเป็นกรณีที่ Lasso มีวิธีแก้ปัญหาหลายอย่าง โดย lemma 1 จากarxiv.org/pdf/1206.0313.pdfเรารู้ว่าโซลูชันเหล่านี้ทั้งหมดมี -norm ที่เหมือนกัน (และมีค่าขั้นต่ำเท่ากันแน่นอน) เรากำหนดบรรทัดฐานนั้นเป็นข้อ จำกัด สำหรับและดำเนินการต่อP 1ℓ1P1

แสดงว่า Let 's โดยชุดของโซลูชั่นเพื่อกับS ให้มีวิธีการแก้ปัญหาS จากนั้นเรามีและดังนั้นจึงS ถ้าสำหรับ (และดังนั้นสำหรับพวกเขาทั้งหมด) แล้วซึ่งขัดแย้งกับสมมติฐานของเรา ถ้าสำหรับบางแล้วไม่ได้เป็นชุดของการแก้P 2 ‖ β ‖ = ข∀ β ∈ S P 1 β ∉ S ‖ β ‖ ≤ ‖ β ‖ ∀ β ∈ S ฉ( β ) ≤ ฉ( β ) ∀ β ∈ S ฉ( β ) = ฉ( β ) β ∈ S β ∈ SSP2‖β‖=b ∀β∈SP1β^∉S‖β^‖≤‖β‖∀β∈Sf(β^)≤f(β)∀β∈Sf(β^)=f(β)β∈Sβ^∈Sβ ∈ S S P 2 P 1 S P 1 P 2f(β^)<f(β)β∈SSP2P_2ดังนั้นวิธีการแก้ปัญหาทุกอยู่ในคือวิธีการแก้ปัญหาใด ๆ ในการนอกจากนี้ยังมีวิธีการแก้P_2มันจะยังคงอยู่เพื่อพิสูจน์ว่าการเกื้อหนุนก็เช่นกันP1SP1P2

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.