機器學習 感知機perceptron

2021-07-05 14:45:51 字數 2951 閱讀 5895

在機器學習中,感知機(perceptron)是二分類的線性分類模型,屬於監督學習演算法。輸入為例項的特徵向量,輸出為例項的類別(取+1和-1)。感知機對應於輸入空間中將例項劃分為兩類的分離超平面。感知機旨在求出該超平面,為求得超平面匯入了基於誤分類的損失函式,利用梯度下降法 對損失函式進行最優化(最優化)。感知機的學習演算法具有簡單而易於實現的優點,分為原始形式和對偶形式。感知機**是用學習得到的感知機模型對新的例項進行**的,因此屬於判別模型。感知機由rosenblatt於2023年提出的,是神經網路支援向量機的基礎。

假設輸入空間(特徵向量)為x⊆

rn,輸出空間為y=。輸入x∈

x 表示例項的特徵向量,對應於輸入空間的點;輸出y∈y表示示例的類別。由輸入空間到輸出空間的函式為f(

x)=s

ign(

w⋅x+

b)稱為感知機。其中,引數w叫做權值向量weight,b稱為偏置bias。w⋅

x 表示w和x的點積

i=1m

wixi

=w1x

1+w2

x2+.

..+w

nxn

sign為符號函式,即f(

x)=(其中xi∈x=rn,yi∈y=,i=1,2...n,學習速率為η)

輸出:w, b;感知機模型f(x)=sign(w·x+b)

(1) 初始化w0,b0,權值可以初始化為0或乙個很小的隨機數

(2) 在訓練資料集中選取(x_i, y_i)

(3) 如果yi(w xi+b)≤0

w = w + ηy_ix_i

b = b + ηy_i

(4) 轉至(2),直至訓練集中沒有誤分類點解釋:當乙個例項點被誤分類時,調整w,b,使分離超平面向該誤分類點的一側移動,以減少該誤分類點與超平面的距離,直至超越該點被正確分類。

偽**描述:

對於每個w⋅

x 其實是這樣子的(假設x表示的是七維):

] 對於輸入的每個特徵都附加乙個權值,然後將相加得到乙個和函式f,最後該函式的輸出即為輸出的y值。

正樣本點:x1

=(3,

3)t ,x2

=(4,

3)t

負樣本點:x1

=(1,

1)t

求感知機模型f(

x)=s

ign(

w⋅x+

b),其中w=

(w(1

),w(

2))t

,x=(

x(1)

,x(2

))t

解答思路:根據上面講解的,寫初始化權值w和偏置b,然後一步一步的更新權值,直到所有的點都分正確為止。

解:(1) 令w0

=0,b

0=0

(2) 隨機的取乙個點,如x1

,計算y1

(w0⋅

x1+b

0),結果為0,表示未被正確分類,根據下面的式子更新w,

b (此例中,我們將學習率

η 設定為1):w←

w+ηy

ixi

b←b+

ηyi

計算得到w1

=w0+

ηy1x

1=(3

,3)t

b1=b0+η

y1=1

得到乙個模型w1

⋅x+b

1=3x

(1)+

3x(2

)+1

(3)接著繼續,計算各個點是否分錯,通過計算得到,x1

和x2 兩個點,yi

(w0⋅

xi+b

1)都大於0,所以是被正確分類的點,無需修改權值w和bias項;而對於x3

通過計算得到y3

(w0⋅

x3+b

1)<

0 ,誤分了,所以修改權值:w2

=w1+

y3x3

=(2,

2)t

b2=b

1+y3

=0得到線性模型:w2

x+b2

=2x(

1)+2

x(2)

一次下去,知道所有的點都有yi

(w0⋅

xi+b

1)>

0 即可

……

……

……

最後求得w7

=(1,

1)t,

b7=−

3 所以感知機模型為:f(

x)=s

ign(

x(1)

+x(2

)−3)

即我們所求的感知機模型。

感知器perceptron在機器學習當中是相當重要的基礎,理解好感知器對後面的svm和神經網路都有很大的幫助。事實上感知器學習就是乙個損失函式的最優化問題,這裡採用的是隨機梯度下降法來優化。

[1] 統計學習方法, 李航 著

[2] wikiwand之perceptron

[3] wikipedia

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