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| wiki-2026-0508-linear-regression-mastery | Linear Regression Mastery | 10_Wiki/Topics | verified | self |
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none | A | 0.9 | applied |
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2026-05-10 | pending |
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Linear Regression Mastery
매 한 줄
"매 모든 ML의 출발점 — y = Xβ + ε". Linear regression은 feature와 target의 선형 관계를 OLS로 추정하는 모델. 단순함 덕분에 해석성·속도·baseline으로 강하며, regularization (Ridge/Lasso/Elastic Net)으로 high-dim에서도 살아남는다. 2026 시대에도 production tabular ML의 절반은 여전히 linear.
매 핵심
매 OLS 수식
- 모델:
y = X\beta + \varepsilon. - 목적:
\min_\beta \|y - X\beta\|^2. - 닫힌해:
\hat\beta = (X^TX)^{-1}X^Ty(X full-rank일 때). - 기하적: y를 column space of X에 projection.
매 가정 (LINE)
- Linearity: y와 X의 관계가 선형.
- Independence: 잔차 i.i.d.
- Normality: 잔차 ~ N(0, σ²) (소표본일 때 inference에 필요).
- Equal variance (homoscedasticity): 잔차 분산 일정.
- 추가: No multicollinearity (X feature 간 상관 낮음).
매 Regularized 변종
- Ridge (L2):
\min \|y-X\beta\|^2 + \lambda\|\beta\|_2^2— 모든 계수 작게. - Lasso (L1):
\min \|y-X\beta\|^2 + \lambda\|\beta\|_1— sparsity (feature selection). - Elastic Net: L1 + L2 — 상관된 feature 그룹 처리.
매 진단
- R² / Adjusted R²: 설명력.
- RMSE / MAE: 예측 오차.
- VIF > 10: multicollinearity 의심.
- Residual plot: 패턴 있으면 비선형.
- QQ plot: normality 체크.
- Cook's distance: 영향력 큰 outlier.
매 응용
- Tabular baseline (어떤 ML이든 첫 모델).
- Feature 영향 해석 (coefficient).
- Time-series trend.
- A/B test effect size.
- Causal inference (DiD, IV)의 backbone.
💻 패턴
sklearn — 기본 OLS
from sklearn.linear_model import LinearRegression
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import mean_squared_error, r2_score
import numpy as np
X_tr, X_te, y_tr, y_te = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
model = LinearRegression().fit(X_tr, y_tr)
pred = model.predict(X_te)
print("R²:", r2_score(y_te, pred), "RMSE:", np.sqrt(mean_squared_error(y_te, pred)))
print("coef:", dict(zip(feature_names, model.coef_)))
Ridge / Lasso / ElasticNet — CV로 alpha 선택
from sklearn.linear_model import RidgeCV, LassoCV, ElasticNetCV
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
from sklearn.pipeline import Pipeline
ridge = Pipeline([("sc", StandardScaler()),
("m", RidgeCV(alphas=np.logspace(-3, 3, 50), cv=5))]).fit(X_tr, y_tr)
lasso = Pipeline([("sc", StandardScaler()),
("m", LassoCV(cv=5, max_iter=10000))]).fit(X_tr, y_tr)
en = Pipeline([("sc", StandardScaler()),
("m", ElasticNetCV(l1_ratio=[.1,.5,.7,.9,.95,1], cv=5))]).fit(X_tr, y_tr)
print("ridge alpha:", ridge.named_steps["m"].alpha_)
print("lasso non-zero:", (lasso.named_steps["m"].coef_ != 0).sum())
statsmodels — 통계적 추론 (p-value, CI)
import statsmodels.api as sm
X_const = sm.add_constant(X_tr)
ols = sm.OLS(y_tr, X_const).fit()
print(ols.summary()) # coef, std-err, t, p, [95% CI]
print("Cond no:", ols.condition_number) # >30 multicollinearity 의심
진단 — VIF + residual plot
from statsmodels.stats.outliers_influence import variance_inflation_factor
import matplotlib.pyplot as plt
vif = [variance_inflation_factor(X_tr.values, i) for i in range(X_tr.shape[1])]
print(dict(zip(X_tr.columns, vif))) # >10이면 제거 또는 PCA
resid = y_tr - model.predict(X_tr)
plt.scatter(model.predict(X_tr), resid, alpha=.4); plt.axhline(0)
plt.xlabel("fitted"); plt.ylabel("residual"); plt.show()
Polynomial features (비선형 처리)
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
poly = PolynomialFeatures(degree=2, interaction_only=False, include_bias=False)
Xp_tr = poly.fit_transform(X_tr)
Pipeline([("sc", StandardScaler()),
("m", RidgeCV())]).fit(Xp_tr, y_tr) # 항상 Ridge — 차원 폭증
Bayesian linear regression — PyMC
import pymc as pm
with pm.Model() as m:
β = pm.Normal("β", 0, 10, shape=X_tr.shape[1])
α = pm.Normal("α", 0, 10)
σ = pm.HalfNormal("σ", 5)
y_obs = pm.Normal("y", α + X_tr.values @ β, σ, observed=y_tr)
trace = pm.sample(1000, tune=1000, chains=4)
pm.summary(trace, hdi_prob=0.95)
From scratch — gradient descent
import numpy as np
def fit_gd(X, y, lr=1e-2, epochs=2000, l2=0.0):
n, d = X.shape
X_ = np.c_[np.ones(n), X]
w = np.zeros(d + 1)
for _ in range(epochs):
grad = -2/n * X_.T @ (y - X_ @ w) + 2*l2 * np.r_[0, w[1:]]
w -= lr * grad
return w[0], w[1:]
매 결정 기준
| 상황 | Approach |
|---|---|
| Baseline 빠르게 | OLS |
| Multicollinearity / p>>n | Ridge |
| Feature selection 원함 | Lasso |
| 상관된 feature 그룹 | Elastic Net |
| 비선형 의심 | Polynomial + Ridge or move to tree |
| 통계적 추론 (p-value) | statsmodels |
기본값: StandardScaler + RidgeCV — 안전, 해석 가능, 빠름.
🔗 Graph
- 부모: Regression
- 변형: Ridge-Regression, Elastic-Net, Logistic-Regression-Foundations
- 응용: Time-Series-Analysis, Causal-Inference
- Adjacent: L1-and-L2-Regularization, Feature Engineering
🤖 LLM 활용
언제: feature engineering ideation, residual plot 해석, statsmodels output 설명. 언제 X: 데이터 자체의 outlier 판단 — 도메인 지식 필요.
❌ 안티패턴
- Scaling 안 함: Ridge/Lasso는 scale에 민감.
- VIF 무시: coefficient 부호 뒤집힘.
- R² 만 보고 판단: 과적합 못 잡음 — adjusted R² 또는 CV 사용.
- 잔차 plot 안 봄: 비선형성 놓침.
- 소표본에 polynomial deg 5+: 폭주, overfit.
🧪 검증 / 중복
- Verified (ESL Hastie/Tibshirani, sklearn 1.5+, statsmodels 0.14).
- 신뢰도 A.
🕓 Changelog
| 날짜 | 변경 |
|---|---|
| 2026-05-08 | Phase 1 |
| 2026-05-10 | Manual cleanup — Ridge/Lasso/EN, 진단, Bayesian 추가 |