• 吴恩达《机器学习》课程总结(12)支持向量机


    12.1目标优化

    (1)以下是逻辑回归以及单个样本的代价函数

    (2)首先将使用上图中紫色的线(称为cost1或者cost0)的代替曲线,然后将样本数m去掉,最后将C代替1/λ(可以这么理解,但不完全是),从而实现逻辑回归的代价函数到SVM的转换。

    (3)SVM的输出将不再是逻辑回归的概率,而就是0或者1:

    12.2大边界的直观理解

    (1)首先对z的要求更加严格了,在逻辑回归中只要求大于或小于零,,这里将会是大于等于1或小于等于-1。

    (2)假设C非常大时,我们的优化会尽量时第一项为零,假设可以得到这样的参数,那么就可以将代价函数转换为:

    即在后面的约束下求解前面的最小值。

    (3)C非常大时(即λ非常小),会尽量去满足上面的约束,这样会导致对异常点非常敏感(过拟合),如下所示:

    这时将会得到紫色的线,如果将C适当减小,会得到满意的黑色线的。即C不那么大时,可以忽略掉一些异常点。

    (3)支持向量机经常被称为最大间距分类器,在C很大时确实如此,但C不是那么大时,将不是,如上一点的例子所示。但是这么理解是有助于理解SVM的。

    (4)C较大相当于λ较小,会出现过拟合;反之则出现欠拟合。

    12.3数学背后的最大边界分类(选修)

    (1)向量的内积:一个向量投影到另一个向量投影长度与向量的范数的乘积,也就是对应坐标相乘再相加。

    (2)目标函数要使得θ尽可能小,这时只要使得x在θ上的投影尽可能的大,就能够在θ取越小的值时满足约束条件,这就是SVM背后的数学原理。

    (3)θ和边界呈现90°垂直,另外θ0为零时边界通过原点,反之不通过原点。

    12.4核函数1

    (1)如果直接用多项式取拟合下面的边界的话,肯能需要多项式的次数很高,特征很多。

    (2)利用x的各个特征与我们预先选定地标(landmark)l(1),l(2),l(3),的近似程度选取新的特征f1,f2,f3。

    上面是一个高斯核函数,注:这个函数与正态分布没什么实际上的关系,只是看上去像而已。

    (3)与地标越近结果f越接近1,越远f越接近0。

    (3)通过一下式子将很容易进行分类:

    (4)核函数计算的结果即为新的特征。

    12.5核函数2

    (1)地标的个数设置为样本数m,即每个样本的位置即为地标的位置:

    (2)将核函数运用到支持向量机中,

    给定x,计算新特征f,当θTf>0时,预测y=1,否则反之。

    相应的修改代价函数为:

    在具体实施过程中,还需要对最后的正则化想微调,在计算时,用θTMθ代替θTθ。M跟选择的核函数有关,用相关库几块使用带核函数的SVM。

    不带核函数的SVM称为线性核函数。

    (3)以下是支持向量机的两个参数C和σ的影响:

    C=1/λ;

    C较大时,相当于λ较小,可能会导致过拟合,高方差;

    C较小时,相当于λ较大,可能会导致欠拟合,高偏差;

    σ较大时,可能会导致低方差,高偏差。

    σ较小时,可能会导致低偏差,高方差。 

    12.6使用支持向量机

    (1)尽管不需要自己去写SVM函数,直接使用相关库,但需要做一下几件事:

    1.是提出参数C的选择。在之前视频中已经讨论了C对方差偏差的影响。

    2.选择内核参数或你想要使用的相似函数。

    (2)以下是逻辑回归和支持向量机的选择:

    1.相比于样本数m,特征数n大的多的时候,没有那么多数据量去训练一个非常复杂的模型,这时考虑用SVM。

    2.如果n较小,而且m大小中等,例如n在1-1000之间,而m在10-1000之间,使用高斯函数的支持向量机。

    3.如果n较小,而m较大,例如n在1-1000之间,而m大于50000,则使用支持向量机会非常慢,解决方案是创造增加更多的特征,然后使用逻辑回归或不带核函数的支持向量机。

    神经网络在以上三种情况下都可以有较好的表现,但神经网络训练可能非常慢,选择支持向量机的原因主要在于它的代价函数是凸函数,不存在局部最小值。

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