最小二乘支援向量機(LSSVM)詳解

2021-09-10 22:34:26 字數 2039 閱讀 8529

第四十六次寫部落格,本人數學基礎不是太好,如果有幸能得到讀者指正,感激不盡,希望能藉此機會向大家學習。在《feature selection詳解(附帶relief、relief-f、lvm詳解)(一)》一文中曾對支援向量機(svm)以及支援向量回歸(svr)進行了詳細的介紹,在給出二次規劃問題後,需要使用smo演算法對目標進行優化,由於smo演算法執行過程中需要對原資料進行迴圈掃瞄,來查詢滿足條件的樣本點,因此該演算法的時間複雜度是非常高的,本文介紹一種解決該問題的svm演算法變體——最小二乘支援向量機(lssvm)。

1) 同樣是對原始對偶問題進行求解,但是通過求解乙個線性方程組(優化目標中的線性約束導致的)來代替svm中的qp問題(簡化求解過程),對於高維輸入空間中的分類以及回歸任務同樣適用;

2) 實質上是求解線性矩陣方程的過程,與高斯過程(gaussian processes),正則化網路(regularization networks)和費雪判別分析(fisher discriminant analysis)的核版本相結合;

3) 使用了稀疏近似(用來克服使用該演算法時的弊端)與穩健回歸(穩健統計);

4) 使用了貝葉斯推斷(bayesian inference);

5) 可以拓展到非監督學習中:核主成分分析(kernel pca)或密度聚類;

6) 可以拓展到遞迴神經網路中。

1) 優化目標

2) 拉格朗日乘子法

其中α

i\alpha_i

αi​是拉格朗日乘子,也是支援值(support values)

3) 求解最優化條件

4) 求解對偶問題(與svm同樣不對w

ww和e

ee做任何計算)

llsvm通過求解上述線性方程組,得到優化變數a

aa和b

bb的值,這種求解方式比求解qp問題更加簡便

5) 與標準svm的區別

a. 使用等式約束,而不是不等式約束;

b. 由於對每個樣本點採用了等式約束,因此對鬆弛向量不施加任何約束,這也是lssvm丟失稀疏性的重要原因;

c. 通過解決等式約束以及最小二乘問題,使得問題得到進一步簡化。

1) 問題描述

2) 優化目標

3) 求解對偶問題(與svm同樣不對w

ww和e

ee做任何計算)

llsvm通過求解上述線性方程組,得到優化變數a

aa和b

bb的值,這種求解方式比求解qp問題更加簡便

注意到解決分類任務時,在求解最優化過程中得到αi=

γei\alpha_=\gamma}

αi​=γe

i​,由於拉格朗日乘子法中對應於等式約束的拉格朗日乘子αi≠

0\alpha_\neq

αi​̸​=

0suykens, johan a. k. , and j. vandewalle . 「least squares support vector machine classifiers.」 neural processing letters 9.3(1999):293-300.

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