SVM幾點理解

2021-09-24 20:51:29 字數 2355 閱讀 5193

以下內容是我在學習完《統計學習方法》及查閱相關資料後,對svm的一些疑惑的理解,可能還有理解不到位的地方,如有不對,請及時指出。

樣本線性可分 -> 硬間隔最大化

樣本近似線性可分 -> 軟間隔最大化

樣本線性不可分 -> 核函式+軟間隔最大化

1、硬間隔最大化時,解是唯一的,即分離超平面wx+b=0中w和b是唯一的。證明

相比之下,感知機利用誤差最小策略得到的分離超平面是不唯一的,無窮多個。感知機取不同的初值和不同的誤分類點,得到的解都是不一樣的。

2、當使用軟間隔最大化(包括使用kernel)時,分離超平面中解w是唯一的,但b不一定唯一,取值在乙個區間,所以實際計算時可以取在所有符合條件的樣本點上的平均值。

在使用smo演算法求解α時,b值如下計算(來自統計學習方法):

下面是我的理解,為什麼軟間隔最大化,模型不唯一:

因為加入了軟間隔,對樣本線性可分要求沒那麼嚴格,允許少量的錯誤,不同的超平面會導致不同的誤分類點,而這些超平面的目標函式最小損失應該是一樣的。(純屬個人理解,可能不對)

在訓練模型,即求解w和b的過程中,因為使用smo演算法,每次只選擇兩個樣本來更新α,選擇的標準是不符合kkt條件和α更新比較大的點,所以一般會選擇誤分類的點來更新模型,所有樣本不一定都能用來更新模型。

在**時,決策函式是:

其中xi和yi是訓練樣本,x是待**的特徵。

而αi取值是[0,c],當取值為0時,訓練樣本在公式中不起作用,此時對應的訓練樣本是已經被正確分類或者在間隔邊界上。只有當α>0時,其對應的樣本才會對決策起作用,此時對應的情況是這些樣本點在支援向量上。

note:

軟間隔的支援向量x或者在間隔邊界上,或者在間隔邊界與分離平面之間,或者在分離超平面誤分一側。

硬間隔的支援向量x都是在間隔邊界上的。

首先,在使用拉格朗日運算元把約束條件加入到最初優化目標中後,優化目標變為:

如果要求這個極值,一般是要求導讓導數為0,沒法先對α求導吧,因為α的數目與樣本數目相關,數量非常大,後面不好計算,而且α還有等於0的情況(個人理解),如果先對w和b求導,那就簡單多了。看其他人的解釋如下(**):

對偶問題將原始問題中的約束轉為了對偶問題中的等式約束

方便核函式的引入

改變了問題的複雜度。由求特徵向量w轉化為求比例係數a,在原始問題下,求解的複雜度與樣本的維度有關,即w的維度。在對偶問題下,只與樣本數量有關。

支援向量機的求解過程可以轉換成對偶問題,其目標函式如下:

需要求這個函式的最小值。這是個凸二次規劃問題,具有全域性最優解,而且有很多方法來求解。但是目標函式的求解α依賴於訓練資料,當樣本數目巨大時,普通求解方法非常低效。所以使用啟發式的方法smo來加速求解。基本思想是每次只選取兩個α來更新,把其他的α看做常數。

首先需要知道函式間隔和幾何間隔:傳送門

svm的目標是求乙個幾何間隔最大的分離超平面,優化目標及約束條件如下:

其中約束條件是說幾何間隔都要大於等於乙個數γ,所以目標就是在滿足約束條件情況下,使γ盡可能大,即幾何間隔盡可能大。

將幾何間隔表示為函式間隔,優化目標變換如下:

將分子和分母同時擴大或縮小相同倍數,對優化目標是沒有影響的,所以在滿足約束條件的情況下,改變函式間隔並不會影響最優化問題的解,所以可以將分子即函式間隔最小值固定為乙個常數(將gama_hat變成乙個常數後,這個常數同時會對優化目標中的w和約束條件的w形成限制,所以相當於分子分母改變相同倍數),常用1,那麼優化問題就變成了如下:

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