线性回归——梯度下降法

前面的文章讲了使用最小二乘法来求线性回归损失函数的最优解，最小二乘法为直接对梯度求导找出极值，为非迭代法；而本篇文章了使用一个新的方法来求损失函数的极值：梯度下降法（Gradient Descendent, GD），梯度下降法为最优化算法通常用于求解函数的极值，梯度下降法为迭代法，给定一个β在梯度下降最快方向调整β，经过N次迭代后找到极值，也就是局部最小值或全局最小值；
　　梯度下降法又分为批量梯度下降法与随机梯度下降法，通常随机梯度下降法性能会好点；不过我们这里讲的为批量梯度下降法；

梯度

　　梯度为微积分中的概念，梯度所指方向为方向导数最大的量，梯度指出了全局或局部范围内哪个方向函数增长最快，可用于求函数极大值或极小值；
　　梯度求法为：对函数每个自变量求偏导数，将该偏导数作为其自变量方向的坐标；
▽表示梯度
　　例如：的梯度为：
　　

梯度下降法

　　下面先通过一个简单的示例来了解梯度下降法的使用，我们使用梯度下降法来求

的极小值：

　　
　　　　　　　　　　　　函数的图形

　　当X=3为时f(x)=27，关于X的偏导数值为27也就是梯度为27；当X沿着+27方向变化f(X)将会增大，如X沿着相反方向也就是-27方向变化f(X)值将会减小，即增大时为梯度上升，减少为梯度下降；我们可以通过这种方式来求f(X)的极小值与极大值，求极小值的方法也称为梯度下降法；
　　已上述为例，使用梯度下降法求极小值；选择一个自变量初始点（种子点），计算该梯度值，然后自变量沿着梯度相反方向下降（负方向），下降步长通常根据经验值指定，用α表示；通过以下几点来判断是否已经找到极小值：

　　1、达到指定迭代次数
　　2、当前的函数值大于上次函数值
　　3、函数值非常接近于0

　　梯度为，初始点选择3，步长设置为：0.1
迭代方式为：，i为迭代的次数；
迭代过程：

x = 3，梯度为：27，降下方向为-27方向  
x = 3-0.1*27=0.3，梯度为：3*0.3^2=0.27  
x = 0.3-0.1*0.27=0.273，梯度为：3*0.273^2=0.223587  
x = 0.273-0.1*0.223587= 0.2506413，梯度为：3*0.2506413^2=0.18846318379707  
x = 0.2506413-0.1*0.18846318= 0.23179498，梯度为：3*0.231794982^2=0.1611867410

　　迭代了五次，假设最大迭代次数为5，已经求出极小值；为当x=0.23179498时，函数