从logit变换到logistic模型

从logit变换到logistic模型

• logit变换
• 几率
• logistic模型

前面我们知道对数函数和对数函数的一些基本性质，也许你会问，为什么要引入对数函数？而且还是一个基本初等函数？这就要从logit变换说起。

logit变换

我们在研究某一结果（y）与一系列因素 ( x 1 , x 2 , ⋯   , x n ) (x_1,x_2,\cdots,x_n) (x1​,x2​,⋯,xn​)之间的关系的时候，最直白的想法是建立因变量和自变量的多元线性关系
y = α 1 x 1 + α 2 x 2 + ⋯ + α n x n y=\alpha_1x_1+\alpha_2x_2+\cdots +\alpha_nx_n y=α1​x1​+α2​x2​+⋯+αn​xn​
如果结果的刻画是一个数值型的话还可以解释成某因素 x i x_i xi​变化了多少导致结果 y y y也变化了多少，如果结果（y）是用来刻画结果是否（0-1）发生？或者更一般的来刻画结果（y）发生的概率（0~1）呢？这时候因素 x i x_i xi​变化导致结果（y）的变化恐怕微乎其微。实际生活中，我们知道某些关键因素会直接导致结果的发生，如亚马逊雨林一只蝴蝶翅膀偶尔振动，也许两周后就会引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。于是，需要让线性关系发生变化，使得因素的变化，结果也会跟着发生很大变化，这时候，人们想到了logit变换

从对数函数图像来看，其在（0，1）之间的因变量的变化是很大的，也就是说自变量的变化会导致因变量的巨大变化，这就符合了微小变动带来巨大变化的效果，于是让因变量取对数，有下面式子

l o g ( y ) = α 1 x 1 + α 2 x 2 + ⋯ + α n x n log(y)=\alpha_1x_1+\alpha_2x_2+\cdots +\alpha_nx_n log(y)=α1​x1​+α2​x2​+⋯+αn​xn​

虽然上式解决了因变量随因素变化的敏感性问题，同时也约束了y的取值范围为 ( 0 ， + ∞ ) (0，+\infty ) (0，+∞)。但是一件事情发生与否，更应该是调和对称的，也就是说一件事发生与不发生有对立性，结果可以走向必然发生（概率为1），也可以走向必然不发生（概率为0），而等式左边的取值范围不仅限于 ( 0 ， + ∞ ) (0，+\infty ) (0，+∞)，于是，又引进了几率。

几率

几率（odd)是指事件发生的概率与不发生的概率之比，假设事件 A发生的概率为p，不发生的概率为1-p，那么事件A的几率为
o d d ( A ） = p 1 − p odd(A）=\frac{p}{1-p} odd(A）=1−pp​

几率恰好反应了某一事件两个对立面，具有很好的对称性，下面我们再来看一下概率和几率的关系

首先，我们看到概率从0.01不断增大到0.99，几率也从0.01随之不断变大到99，两者具有很好的正相关系，我们对p向两端取极限有

lim ⁡ p → 0 + ( p 1 − p ) = 0 \lim\limits _ {p \to 0^+}(\frac{p}{1-p})=0 p→0+lim​(1−pp​)=0

lim ⁡ p → 1 − ( p 1 − p ) = + ∞ \lim\limits _ {p \to 1^-}(\frac{p}{1-p})=+\infty p→1−lim​(1−pp​)=+∞

于是，几率的取值范围就在 ( 0 ， + ∞ ) (0，+\infty) (0，+∞)，这符合我们之前的假设。

logistic模型

正因为概率和几率有如此密切对等的关系，于是想能不能用几率来代替概率，这样既能满足因素对结果的敏感性，又能满足对称性 ，便有了下面式子
l o g ( p 1 − p ) = α 1 x 1 + α 2 x 2 + ⋯ + α n x n log(\frac{p}{1-p}) = \alpha_1x_1+\alpha_2x_2+\cdots +\alpha_nx_n log(1−pp​)=α1​x1​+α2​x2​+⋯+αn​xn​
现在，我们稍微改一改，让等式左边对数变成自然对数ln，等式右边改成向量乘积形式，便有
l n ( p 1 − p ) = α X ln(\frac{p}{1-p})=\alpha X ln(1−pp​)=αX
其中 α = ( α 1 , α 2 , ⋯   , α n ) \alpha=(\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n) α=(α1​,α2​,⋯,αn​)， X = ( x 1 , x 2 , ⋯   , x n ) T X=(x_1,x_2,\cdots,x_n)^T X=(x1​,x2​,⋯,xn​)T。
我们解得
p = e α X 1 + e α X p=\frac{e^{\alpha X}} {1+ e^{\alpha X}} p=1+eαXeαX​
这就是我们常见的logistic模型，图像如下

我们看到logistic函数图像是一条S型曲线，又名sigmoid曲线，以（0，0.5）为堆成中心，曲线在中心位置变化速度最快，在两端的变化速率较慢。

参考文献

1，对数函数
2，python绘制对数函数
3，如何理解logistic函数
4，logit究竟是个啥？

标签：logit,概率,几率,变换,对数函数,logistic,alpha
来源： https://blog.51cto.com/u_15255081/2858432