Paying to Fit Less

Ridge Regression


ridge regression(ℓ2 penalty를 더한 선형 회귀)은 잔차제곱합 RSS에 계수 제곱합의 벌점 λΣβⱼ²를 더한 목적함수를 최소화한다. λ가 커질수록 계수는 0 쪽으로 줄어들지만 일반적으로 정확히 0이 되지는 않는다.

RSS + λΣβⱼ²λ ≥ 0을 고정한 뒤 이 목적함수를 최소화하는 계수를 구한다.
절편과 척도절편은 벌점에서 제외하고, 특성은 학습 자료 기준으로 표준화한 뒤 벌점을 매긴다.
λ의 양 끝λ = 0이면 최소제곱이고, λ → ∞이면 계수는 0으로, 절편은 학습 관측값의 평균으로 수렴한다.

λ를 키우면 계수 벡터의 크기가 줄어든다

관측 30개, 표준화한 특성 8개 자료(실제로 쓰이는 특성은 x₁, x₄, x₇)에서 λ를 바꾸면 계수 경로 위 현재 위치, 계수 막대, RSS와 벌점이 바뀐다.

ridge regression 계수 경로λ 후보별 계수와 현재 계수
왼쪽: 선 하나가 계수 하나의 경로이고 파란 굵은 선이 실제로 쓰이는 x₁, x₄, x₇이다. 초록 세로선과 점이 현재 λ의 계수다. 오른쪽: 현재 계수 막대이며 점선 칸은 자료를 만들 때의 참 계수다.

같은 예측도 특성의 단위에 따라 벌점이 달라진다

소득 특성을 원 단위와 만원 단위로 적어 같은 예측값 βx = 100을 만든다. 단위를 바꾸면 계수 β와 그 제곱 β²가 바뀐다.

행은 단위다. 두 행의 예측 기여 βx는 같고, 초록 테두리 행이 고른 단위다.

λ가 아주 크면 모든 예측이 학습 관측값의 평균으로 모인다

같은 자료에서 λ를 바꾸면 관측 30개의 예측값이 실제값을 따라가는 정도와 평균 쪽으로 모이는 정도가 바뀐다.

실제값과 예측값λ에 따른 예측값의 분포
가로축은 실제값, 세로축은 학습 자료에서의 예측값이다. 초록 점이 관측 하나, 회색 점선이 예측 = 실제인 선, 빨간 점선이 학습 관측값의 평균이다.