AI面试之SVM推导
SVM现在主流的有两个方法。一个是传统的推导,计算支持向量求解的方法,一个是近几年兴起的梯度下降的方法。 梯度下降方法的核心是使用了hinge loss作为损失函数,所以最近也有人提出的深度SVM其实就是使用hinge loss的神经网络。
本文的目的是讲解传统的推导。
SVM的超平面
SVM模型的基本原理,就是寻找一个合适的超平面,把两类的样本正确分开。单个SVM只能处理二分类,多分类需要多个SVM。
【什么是超平面?】
超平面就是n维度空间的n-1维度的子空间。换成人话就是2维空间中的1维度的线,三维立体空间的二维平面。

图中总共有5个超平面,那么哪一个是最好的呢?我们认为中间的那个是最好的。因为他对两侧的间隔较大。
SVM基本型
超平面我们可以用这个方程来表示:
\(\bm{w^Tx}+b=0\)
空间中任意一个点x到这个超平面的垂直距离为:
\(d = \frac{|\bm{w^Tx}+b|}{||\bm{w}||}\)
这里不得不提到一下逻辑回归,对于逻辑回归来说:

就是在超平面一侧的样本,逻辑回归给出的预测类别是1,另外一侧就是0.
但是SVM觉得这样有一些过于绝对了,所以:

不仅仅要一个样本在平面的一侧,还要在平面的这一侧足够远的地方,才能算作某一类的样本。

从图中可以看到,两条虚线之外的点,才是SVM能确定是正样本还是负样本的点。
【什么是支持向量?】
图中距离超平面最近的几个训练样本,并且这几个训练样本可以让上式的等号成立。这个点就是支持向量。
【什么是SVM的间隔】
两个不同类别的支持向量到超平面的最小距离之和。其实也就是\(\frac{2}{||w||}\)
到这里,我们可以隐隐约约的发现,寻找最优的超平面其实等价于寻找一个最大的间隔,或者说让间隔最大化。所以可以得到:
\(\max_{w,b} \frac{2}{||\bm{w}||}\)
这个的约束条件就是:让SVM给正样本的打分大于1,给负样本的打分小于-1,也就是:

简化一下这个约束条件,可以得到:
\(y_i(\bm{w^Tx_i}+b)>=1\)
一般我们都是求取最小化问题,所以把最大化max问题取倒数,变成最小化问题:
\(\min_{w,b} \frac{||\bm{w}||}{2}\)
这里为了后续的计算方便,最小化\(||w||\)等价于最小化\(||w||^2\),所以得到:
\(\min_{w,b} \frac{||\bm{w}||^2}{2}\)
总之SVM的基本型就是:

SVM求解
现在求得了基本型。现在可以来进一步优化这个最小化问题。但是首当其冲的问题便是,如何处理这个约束条件。这里用到的方法是拉格朗日乘子法。将约束条件以\(\alpha_i\)的权重加入到优化问题中,所以可以得到:
\(Loss(\bm{w},b,\bm{\alpha})=\frac{1}{2}||w||^2+\sum^m_{i=1}\alpha_i(1-y_i(w^Tx_i+b))\)
- 这里的loss就是我们要最小化的对象;
- 这里的m就是支持向量的数量。
为了最小化这个问题,对w和b求偏导数,可以得到:
\(w = \sum^m_{i=1}{\alpha_iy_ix_i}\)
\(0 = \sum^m_{i=1}{\alpha_iy_i}\)
然后把这两个公式代入到:
\(Loss(\bm{w},b,\bm{\alpha})=\frac{1}{2}||w||^2+\sum^m_{i=1}\alpha_i(1-y_i(w^Tx_i+b))\)
可以消掉w和b,得到:

约束条件为:

从而根据这个计算出\(\alpha_i\)的取值,然后得到w和b的取值。
【到底如何求解\(\alpha\)?】
上面说的最后一部求解alpha,都是理论可以求解,但是实际中如何做到呢?其实这里如何求解\(\alpha\)要用到另外一个条件。
就是上述过程要满足一个叫做KKT的条件(KKT具体是什么有点复杂,就不多说了):

- 想要第三个公式成立,要么\(\alpha_i\)等于0,要么\(y_if(x_i)-1=0\).如果alpha=0,那么意味着这个样本不是支持向量,不应该对SVM超平面起到任何影响,所以是不可能的。所以只有\(y_if(x_i)-1=0\)。
加上了这个条件,我们可以求解出来\(\alpha_i\)的具体数值,然后求解w和b的数值。
假设有3个支持向量,那么就会有三个\(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3\) ,然后根据\(y_if(x_i)-1=0\)可以列出3个关于\(\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3\)的三元一次方程组,然后得到唯一解。
AI面试之SVM推导的更多相关文章
- AI面试必备/深度学习100问1-50题答案解析
AI面试必备/深度学习100问1-50题答案解析 2018年09月04日 15:42:07 刀客123 阅读数 2020更多 分类专栏: 机器学习 转载:https://blog.csdn.net ...
- ML-线性 SVM 推导
Max Margin svm 即Suport Vector Machine, 中文意为:支持向量机. 对于二分类问题, 在样本空间中(即便是多维向量, 在空间中可表示为一个点). svm的核心思想就是 ...
- 统计学习方法—SVM推导
目录 SVM 1. 定义 1.1 函数间隔和几何间隔 1.2 间隔最大化 2. 线性可分SVM 2.1 对偶问题 2.2 序列最小最优算法(SMO) 3. 线性不可分SVM 3.1 松弛变量 3.2 ...
- AI面试刷题版
(1)代码题(leetcode类型),主要考察数据结构和基础算法,以及代码基本功 虽然这部分跟机器学习,深度学习关系不大,但也是面试的重中之重.基本每家公司的面试都问了大量的算法题和代码题,即使是商汤 ...
- 2019收藏盘点(编程语言/AI/面试/实用工具)
2020.1.5更新 我看过的后面会加上评价 编程学习 java开源项目汇总: https://github.com/Snailclimb/awesome-java 大数据学习入门: https:// ...
- 五、SVM推导过程
SVM 时间复杂度一般为O(N³) 最重要的是推导过程 NIPS(机器学习顶级会议) 如果给定一个训练集,我们的目标是给定一个边界(一条线),离他最近的训练集样本路越宽越好 下面的几张图反映了SVM的 ...
- SVM推导
标准最大margin问题 假设data是linear seperable的 优化目标 希望 margin(w),i.e, 最小的点到直线的距离 最大 即是要得到最右的线,它对噪声的鲁棒性最好 得到的分 ...
- AI面试-算法结构基础
其实目前国内几乎只要是技术岗,面试中都100%会问算法和数据结构. 这两者能快速体现候选人真实的水平,比如代码量,代码的质量,性能,思维是否有逻辑,是否灵活. 算法结果概述 1.前言 1.应用范围:机 ...
- 1.2 linear SVM 推导
1.将公式中的distance具体化 将$w_0$单独抽出作为$b$,$w=(w_1,...,w_n),x=(x_1,...,x_n)$ 则分割平面为:$w^Tx+b=0$ A.证明w为法向量 ...
随机推荐
- 新版MySQL开始使用时遇到的问题(时区、权限):
新版MySQL(本人Server version: 8.0.15)在刚开始使用时遇到的问题: 查看mysql安装版本:命令窗口 时区问题解决(The server time zone value 'Ö ...
- Python实用笔记 (14)函数式编程——匿名函数
当我们在传入函数时,有些时候,不需要显式地定义函数,直接传入匿名函数更方便. 在Python中,对匿名函数提供了有限支持.还是以map()函数为例,计算f(x)=x2时,除了定义一个f(x)的函数外, ...
- 从数据库中取时间值,遇到:java.sql.Timestamp cannot be cast to java.lang.Long
将 java.sql.Timestamp 类型转换为 java.util.Date 类型.二者其实是父子关系,直接 Date d = (Date)时间戳 就可以了. Date d = (Date)时间 ...
- springboot Jar包开启远程调试
jar 正常启动 java -jar rest-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar 开启DEBUG模式需追加参数 java -Xdebug -Xrunjdwp:server=y,trans ...
- 每日一题 - 剑指 Offer 36. 二叉搜索树与双向链表
题目信息 时间: 2019-06-29 题目链接:Leetcode tag: 二叉搜索树 中序遍历 递归 深度优先搜索 难易程度:中等 题目描述: 输入一棵二叉搜索树,将该二叉搜索树转换成一个排序的循 ...
- Vue-base64移动端PDF展示
作为一个后端开发,写前端的一些功能也是头大,好在网友强大,网上资源比较多:做一个移动端PDF预览的功能,本来可以通过window.open(),打开的,但是没办法,做后台的小伙伴,传给前端的数据是ba ...
- (四)ansible 通过堡垒机访问内网服务器
场景: 在ansible的使用过程中,存在这样的场景,ansible所在的管理节点与被管理的机器需要 通过一个跳板机才能连接,无法直接连接.要解决这个问题,并不需要在 ansible里做什么处 ...
- 【经典DP】洛谷 P2782 友好城市
嘤嘤嘤,昨天两个文化课老师在上奥赛时招呼我(亲切交流),今天又要写工作报告,没时间写题解,希望今天能补上 友好城市 题目://洛谷那粘来的题面竟然能把格式粘过来 题目描述 有一条横贯东西的大河,河有笔 ...
- 读《大话设计模式》——应用工厂模式的"商场收银系统"(WinForm)
要做的是一个商场收银软件,营业员根据客户购买商品单价和数量,向客户收费.两个文本框,输入单价和数量,再用个列表框来记录商品的合计,最终用一个按钮来算出总额就可以了,还需要一个重置按钮来重新开始. 核心 ...
- Scala 面向对象(二):package 包 (一) 入门
1 Scala包的基本介绍 和Java一样,Scala中管理项目可以使用包,但Scala中的包的功能更加强大,使用也相对复杂些,下面我们学习Scala包的使用和注意事项. 2 Scala包快速入门 使 ...