監督式學習設定與線性迴歸:一條線怎麼從資料裡學出來|Stanford CS229 第 2 堂
第 2 堂把監督式學習拆成三件事:假設函數 h、最小平方成本 J(θ)、把 J 壓低的演算法。梯度下降每步要掃過全部 n 筆資料,minibatch SGD 只看一小批就更新,代價是在最佳解附近晃動;線性迴歸另有封閉解 θ = (XᵀX)⁻¹Xᵀy,前提是 XᵀX 可逆。
第 2 堂把監督式學習拆成三件事:假設函數 h、最小平方成本 J(θ)、把 J 壓低的演算法。梯度下降每步要掃過全部 n 筆資料,minibatch SGD 只看一小批就更新,代價是在最佳解附近晃動;線性迴歸另有封閉解 θ = (XᵀX)⁻¹Xᵀy,前提是 XᵀX 可逆。
線性迴歸把平方誤差寫成 (1/N)‖Xw − y‖²,令梯度為零就得到 w_LIN = X†y,不必迭代。hat matrix H = XX† 把 y 投影到 X 的直行張成的空間,trace(I − H) = N − (d+1),由此得到平均 E_in = σ²(1 − (d+1)/N)、平均 E_out = σ²(1 + (d+1)/N)。平方誤差又是 0/1 誤差的上界,所以 w_LIN 也能拿來做二元分類。
HW2 是一份純書面作業,共 10 題。前半練讀論文(Chatbot Arena)和回歸、MLE/MAP 的基本推導,後半兩大題最重:Mixed Feelings 從 k-means 對離群值的脆弱一路推到 robust k-means 和加了均勻背景的 GMM;Watch Me Flow Dat 證明 conditional flow matching 和離散化後的 MLE 是同一個目標。題目 PDF 和 LaTeX 範本都能匿名下載,沒有官方解答。
CS189 Spring 2026 用四講把線性回歸講成同一件事的三個角度:高斯雜訊下的 MLE 等於最小平方;最小平方的解是把 y 正交投影到 X 的欄空間;特徵共線或參數太多時,用 ridge(等於高斯先驗的 MAP)或 lasso(等於 Laplace 先驗)把解拉回來,λ 則交給驗證集決定。講義、影片、Discussion 3–4 解答都能匿名取得。
HW0 用四題檢查 CS181 的先修:矩陣 y=Xw 的可解條件、目標函數的微分與優化、機率推理,以及用 Python 實作 OLS。做不順的地方就是開學後要優先補的缺口。
HW1 用 80 萬年冰芯溫度資料串起四題:kNN 與核迴歸、最小平方法的幾何證明、基底函數迴歸、以及從機率觀點推出 ridge/LASSO 正則化,最後用 coordinate descent 實作 LASSO。
Lecture 7 把 ERM 套到 linear functions 與 squared loss,從一維 slope 推到矩陣形式 `argmin ||y-Xθ||²`,再在 `XᵀX` 可逆時得到 normal equation。
HW3 是純 written 作業,以 decision tree 回顧,再比較 K-NN、Perceptron 與 Linear Regression 的 inductive bias、誤差與 model selection。