01 线性回归与正则化:从波士顿房价到风控评分卡

总:线性回归是最老的模型,但仍然有效——它活在两个地方:需要可解释性的场景(风控评分卡、AB 实验分析)和一切模型的 baseline。正则化思想更是贯穿到了深度学习:weight decay 就是 L2 换了个名字。


一、研究定位

  • 工业界没人用线性回归预测房价,但信贷评分卡至今是 WOE + LR 的常见方案,因为监管要可解释
  • 正则化(L1/L2)不是线性回归专属,它是所有参数化模型的通用思想,深度学习里叫 weight decay / 约束
  • 讨论这个模型时,重点通常不是”怎么预测房价”,而是L1 为什么稀疏、L1 L2 怎么选、什么时候必须用线性模型

二、机制回顾

  • 模型 y = wTx + b,损失 MSE,求导=0(正规方程,特征多会炸)或梯度下降迭代
  • 正规方程 vs 梯度下降:解析解 vs 迭代解;前者 O(n³) 撑不住高维,后者要调学习率
  • L1(Lasso):λ∑|wi|,梯度 = λ ⋅ sign(w),推力恒定,能把 w 推过 0 → 稀疏解 → 特征选择
  • L2(Ridge):λ∑wi2,梯度 ∝ w,w 越小推力越小 → 只缩不删 → 防过拟合
  • 结论判断线索:L1 删特征、L2 压权重;有异常点时评估看 MAE 别看 RMSE

三、研究与应用脉络

3.1 风控评分卡:LR 的高解释性场景

银行信贷 A 卡(申请评分卡)的标准管线:分箱 → WOE 编码 → 逻辑回归。

  • 为什么要分箱 + WOE:把连续变量变成对数几率刻度,天然线性化 + 抗异常点 + 缺失值可单归一箱
  • 为什么不用 XGBoost:
    1. 监管要求每个拒绝可解释——LR 系数符号和大小就是业务含义
    2. 分数要能逆推:Score = 基础分 - factor × ln(odds),PDO(分数翻倍所需坏账率翻倍)是行业语言
    3. 稳定性优先于精度:模型上线看 PSI(人群稳定性指数),LR 对分布漂移更钝感
  • 这就是“可解释性换精度”的经典交易,也是讨论模型选型时很有代表性的案例

3.2 CTR 预估的演进起点

  • 2010s 工业主力:大规模离散特征 + LR + FTRL 在线学习。FTRL 是带 L1 的在线梯度下降,自动产出稀疏解,一个特征几亿维也不怕
  • 后来 GBDT+LR(树自动做特征交叉)→ Wide&Deep → 深度模型相关方法
  • 但 LR 没退场:大厂排序系统里LR 仍是最后一级校准/兜底层,因为稳、快、可控

3.3 AB 实验与因果分析里的回归

  • AB 实验的方差缩减技术 CUPED,本质是用实验前数据做线性回归控制协变量。这里的重点不是预测精度,而是估计更稳定的处理效应。
  • 经济学的 DID、合成控制,底层全是线性模型。这一支的卖点是因果解释,不是预测精度

3.4 正则化思想的现代延续

线性回归时代 深度学习时代
L2 正则项 weight decay(AdamW 里独立于梯度更新)
L1 稀疏 模型剪枝、MoE 稀疏激活
特征选择 Embedding 降维、特征筛选
early stopping 盯验证集 loss,一步不多训
数据清洗 数据增强、去重(LLM 预训练语料去重同源)

λ 调参这件事也现代化了:网格搜索 → 贝叶斯优化 / Optuna。

四、研究问题与讨论

问题: L1 和 L2 的区别,为什么 L1 能产生稀疏解? 讨论: L1 加的是绝对值惩罚,L2 是平方惩罚。关键在梯度:L1 对 w 的梯度是 sign(w),大小恒为 λ,方向只看符号,所以 w 再小也会被恒定推力推过 0,停在 0 上形成稀疏解;L2 的梯度正比于 w,w 越小推力越小,只能无限接近 0 推不到 0。所以 L1 用于特征选择,L2 用于整体压权重防过拟合。

问题: 什么场景必须用线性模型而不是树模型? 讨论: 三个信号:强监管要可解释(金融评分卡)、需要系数做业务归因(营销增量分析)、需要在线学习快速更新(FTRL 流式特征)。

问题: 过拟合怎么治? 讨论: 分两层答——数据层:清洗、增数据、特征筛选;模型层:正则化(L1/L2)、early stopping、交叉验证选模型;树模型还有剪枝,集成学习本身就是一种正则化(平均掉方差)。

五、后续实验

线性回归教给我的不是预测,是建模范式:数据 → 损失函数 → 优化 → 评估,这套流水线后面所有模型都是它的变体。 动手项:拿一份带类别特征的表格数据,跑一遍 分箱→WOE→LogisticRegression 评分卡管线,再对比 LightGBM 的 AUC 和 SHAP 解释——体感一下”可解释换精度”这笔交易。

六、研究向延伸

后续可以围绕“可解释性与精度的交换”继续做实验。建议用同一份结构化数据比较 Logistic Regression、LightGBM 和一个小型 MLP:记录 AUC、校准曲线、PSI、SHAP 稳定性,以及不同时间切分下的性能漂移。重点不是证明哪个模型更强,而是观察模型假设在数据分布变化时如何失效。

可进一步追问:L1 产生的稀疏特征是否真的稳定?WOE 分箱在新样本上是否保持单调?AdamW 中的 weight decay 与传统 L2 在优化路径上有什么差异?

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