統計學習方法學習筆記 第二章 感知機

2021-09-29 01:16:59 字數 2031 閱讀 8434

感知機是二元分類的線性分類模型,目的是求出乙個分離超平面,利用梯度下降法對代價函式進行最小化 ;

感知機的數學模型可由下列表示式給出:

f(x) = sign( wx + b) ;

其中 w 為權值向量,是分離超平面 (wx + b = 0 )的法向量,b 為截距(bias),sign(x)為符號函式:x > =0,輸出 +1;反之,輸出 -1

資料集的線性可分性

如果存在乙個超平面 wx + b = 0 ,可以完全正確的將正負資料集分開,則稱為線性可分的;否則,線性不可分;

學習策略

感知機的經驗損失是所有誤分類點到分離超平面的距離之和,其中某個誤分類點到分離超平面的距離為:

− yi

∗(w∗

xi+b

)- y_i* (w * x_i + b )

−yi​∗(

w∗xi

​+b)

; 為乙個非負值 ;

代價函式表示式為 l(w,b) = −∑i

=1ny

i∗(w

∗xi+

b)

-\displaystyle\sum_^y_i* (w * x_i + b )

−i=1∑n

​yi​

∗(w∗

xi​+

b);原始形式

選取初始值 w0、b0 ;

從訓練集中隨機選取乙個資料(x(i),y(i));

若 y i∗

(w∗x

i+b)

≤0

y_i * (w*x_i + b) \leq 0

yi​∗(w

∗xi​

+b)≤

0 (即誤分類),感知機採用隨機梯度下降法對wb進行更新,按照下式進行更新:

w = w + a∗y

ix

ia*y_ix_i

a∗yi​x

i​;b = b + ηyi

\eta y_i

ηyi​

;其中,η

\eta

η為學習速率,由於w、b 是按照梯度的方向進行增減,所以可以期待代價函式最終會收斂到乙個區域性

回到步驟2 ,直至沒有誤分類點;

根據選擇的初值及每次所選擇的誤分類點不同,最終得到的結果也會不同;

演算法的收斂性

對於線性可分資料集,有下列 novikoff 定理:

存在滿足條件的||wop

tw_

wopt

​|| = 1的超平面 wop

tw_

wopt

​x + b = 0 將資料集完全正確的分開,且對於所有的樣本點,存在λ

\lambda

λ > 0,有

y i(

wopt

∗xi+

b)≥λ

y_ (w_* x_i + b)\geq\lambda

yi​(wo

pt​∗

xi​+

b)≥λ

;迭代的次數 k 滿足: k≤(

rλ)2

k \leq(\frac)^2

k≤(λr​

)2;其中 r 為輸入向量中最大的模值;

以上定理說明了誤分類次數 k 是有上界的,但是不存在唯一的解,在svm中就加了約束條件後,才有唯一的解;當資料集線性不可分時,感知機就不會收斂,迭代結果發生振盪;

對偶形式

對偶形式與原始形式的區別:

)感知機的對偶形式的主要目的是針對那些維度很高的輸入,可以有效降低演算法的運算複雜度,因為每次判定某個點是否誤判時,需要的資料都是輸入例項的內積形式,而這個可以事先通過計算gram 矩陣來實現;

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