西瓜书扩展_支持向量机_间隔与支持向量

二分类问题

这里我们考虑的是一个两类的分类问题,数据点用x来表示,这是一个n维向量,而类别用y来表示,可以取+1或者-1,分别代表两个不同的类:

                                                        y_{i}\left\{\begin{matrix}+1 \quad 红色点\\ -1 \quad 蓝色点\end{matrix}\right.

划分超平面方程

一个线性分类器就是要在n维的数据空间中找到一个分离超平面,其方程可以表示为:

                                                             w^Tx+b=0

其中w为法向量(控制超平面的旋转方向),b为截距(控制超平面离原点的位置)

我们令 f(x)=w^Tx+b,在进行分类的时候,我们将数据点x代入 f(x) 中,如果得到的结果<0,则赋予其类别-1,如果>0则赋予类别+1

几何间隔

取任一样本点x_{i}到超平面的垂直距离为γ,因向量w垂直于超平面,单位法向量为\frac{w}{||w||}

我们有:x_{0}=x_{i}-γ\frac{w}{||w||},且点x_{0}在超平面上,满足f(x_{0})=0,代入超平面方程:

w^T(x_{i}-γ\frac{w}{||w||})+b=0;解得γ=\frac{w^Tx_{i}+b}{||w||}

如果样本点x_{i}在分类+1这一侧的话,距离为γ,如果在分类-1一侧,距离表示为-γ

如果分类正确,则y_{i}w^Tx_{i}+b的符号一致(同正号或者同负号),把-γ的负号消去。

统一用γ表示任一样本点到超平面的几何距离:γ=y_{i}\frac{w^Tx_{i}+b}{||w||}或者γ=\frac{|w^Tx_{i}+b|}{||w||}

约束条件

我们希望样本全部分类正确,并且分类间隔边界(下图虚线)上的样本点为支持向量。

                                             \left\{\begin{matrix} w^Tx_{i}+b \geq +1, \quad y_{i}=+1\\  w^Tx_{i}+b \leq -1, \quad y_{i}=-1\end{matrix}\right.

如果分类正确,则y_{i}w^Tx_{i}+b的符号一致(同正号或者同负号),上式可以合并为:

                                                          y_{i}(w^Tx_{i}+b)\geq1

最大化分类间隔

对数据点进行分类的时候,当它的间隔越大的时候,置信度就越好。于是,我们希望能够最大化这个间隔。

支持向量x_{i}到划分超平面的距离:

                                                   γ=\frac{|w^Tx_{i}+b|}{||w||}=\frac{1}{||w||}

因划分超平面是间隔的中轴线:

                                                                γ=\frac{2}{||w||}

我们希望最大间隔,并同时满足于1.把两个类正确给分开,2.分类间隔边界上的样本点为支持向量;这两条约束: 

                                                               \underset{w,b}{\ max} \ \frac{2}{||w||}

                                s.t. \  y_{i}(w^Tx_{i}+b)\geq1,\quad i=1,2,...,n

注意最大化间隔,仅需最大化\ \frac{1}{||w||},等价于最小化\ \frac{1}{2}||w||^2(我在这里加上了平方和系数,是为了以后进行最优化的过程中对目标函数求导时比较方便,因为我们并不关心最优情况下目标函数的具体数值)

                                                               \underset{w,b}{\ min} \ \frac{1}{2}||w||^2

                                   s.t. \  y_{i}(w^Tx_{i}+b)\geq1,\quad i=1,2,...,n

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 199,340评论 5 467
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,762评论 2 376
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 146,329评论 0 329
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 53,678评论 1 270
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 62,583评论 5 359
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 47,995评论 1 275
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,493评论 3 390
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,145评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,293评论 1 294
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,250评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,267评论 1 328
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,973评论 3 316
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,556评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,648评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,873评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,257评论 2 345
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,809评论 2 339

推荐阅读更多精彩内容