支持向量机(SVM)

都说SVM有三宝:间隔、对偶、核技巧

支持向量机模型大致分为三种如下图1所示。后文我们一一介绍。
图1

1.线性可分SVM

感知机找出将线性可分数据划分开的超平面,线性可分SVM是在寻找最优的那一条!

1.1 几何角度看线性可分SVM

对与如图2所示的线性可分数据集,我们需要找一条可以将数据分开的直线,这样的直线有很多。那么如何找到最优的那一条呢?
图2

图2所示的两个超平面都可以将训练数据划分开,但是如果测试数据上出现了图3的情况,绿线所示的超平面依然可以将数据划分开,但是黑线所示的超平面的测试误差就没那么好了。
图3

1.2 转化为数学优化问题

我们通常使用硬间隔最大化的策略,下面我们进行推导:
设训练集为(x_i,y_i)\in D,超平面为w^Tx_i + b = 0我们的目的就是找到最优的w^Tb
首先该超平面需要满足条件:
\begin{align} w^Tx_i +b>0,y_i&=+1 \\ w^Tx_i +b<0,y&=-1 \end{align} \rightarrow y_i (w^Tx_i+b)>0
设:\exists \alpha >0 \ s.t \ y_i (w^Tx_i+b)\ge \alpha

则:\frac {1}{\alpha}y_i (w^Tx_i+b)\ge \frac {\alpha}{\alpha}

即:y_i (\frac {1}{\alpha}w^Tx_i+\frac {1}{\alpha}b)\ge+1

令:\frac {1}{\alpha}w^T= w^T, \frac {1}{\alpha}b =b

得:y_i (w^Tx_i+b)\ge +1 .........公式(1)

d=\frac {1}{||w||}|w^Tx_i+b|为点到超平面的距离,距离超平面最近的点使得上式(1)等号成立。这些点称为支持向量,两个异类到超平面的距离的和为\frac {2}{||w||}我们称他为间隔。所以最大间隔策略可以表示为Max\frac {2}{||w||}等价于Min{||w||} \rightarrow Min(ww^T ) 所以优化问题转化为:
Min(ww^T )\ s.t \ y_i (w^Tx_i+b)\ge1

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