支持向量机-SVM 学习

一 、支持向量机（SVM）

1.1 符号定义

标签 y 不再取 0 或 1，而是： y∈{-1， 1}

定义函数：

向量，没有第 0 个维度，b 为截距，预测函数定义为：

1.2 函数间隔与几何间隔

1.2.1 函数间隔

样本个体：

全体：

1.2.2 几何间隔

样本个体：

全体：

 

1.2.3 关系

函数间隔与几何间隔都是对预测置信度的度量，这个间隔越大，说明预测样本离着分界线越远，我们预测的结果也就更加可靠。

1.3 优化目标

假设样本是线性可分的，优化目标为

1.4 广义拉格朗日乘数法

带约束的优化为：

转化为：

【原始问题】：

记量为： 

原始问题为：

【对偶问题】：

记量为：

对偶问题为：   

对于原始问题和对偶问题，以下关系恒成立：

KKT条件：

当KKT条件满足时，对偶问题和原始问题有着相同的解。

1.5 最优间隔分类器

SVM的拉格朗日乘数法：

原始问题：

对偶问题：

根据KKT条件：

　　对关于求梯度，令之为0，可得：

　　　　　　

　　对关于 b 求导，令之为0，可得：

 　　　　　　

带回，得：

因此SVM的对偶问题为：

将对偶解 带入原始问题，对所有的不等于 0 对应的系数求导，令其等于0，得：

因为  不为的项为0，即该点为支持向量。理想情况分割线两侧各有一个最近的点，且我们也仅在两侧各取一个点。因此，对于的，两侧同时乘 -1，累加两个式子得：

 

即：

上述算法称为最优间隔分类器。

1.6 SVM核

将中的内积替换为，称为核。核 K 的合法取法有很多，如：

不同的核将 x 和 z 映射到了不同的空间之中，一组低维的向量投射至高维通常更容易划分。

1.7  正则化与软间隔

对于一些线性不可分的情况，或者为了抵制噪音的影响，使用软边距进行处理。为每组数据加入一个允许误差，同时在优化目标中加入惩罚项 。SVM的原始优化问题变为：

拉格朗日乘数法写作：

根据KKT条件，

令，得：

令，得：

令，得：

同样求对偶问题得到：

　　　　

根据KKT条件，取值的关系如下：

　　　　　　

注意，b 不再是原始SVM的取值。

【Reference】

1. 支持向量机通俗导论（理解SVM的三层境界） 【这篇写的非常好】