支援向量機(一) 深入理解函式間隔與幾何間隔

2021-08-21 07:22:14 字數 2589 閱讀 6682

實踐發現,在所給的例子中,兩種方法線性劃分兩類事物時得到的線性分類器的效果差不多。那具體的差別在哪呢?

svm更關心的是靠近中間分割線的點,讓他們盡可能地遠離中間線,而不是在所有點上達到最優,因為那樣的話,要使得一部分點靠近中間線來換取另外一部分點更加遠離中間線。因此支援向量機和和邏輯斯蒂回歸的不同點,乙個是考慮區域性(不關心已經確定遠離的點,更考慮靠近中間分割線的點),乙個是考慮全域性(已經遠離的點可能通過調整中間線使其能夠更加遠離)

首先我們定義超平面的表示式為y=ω

tx+b

y=\omega ^tx+b

y=ωtx+

b,然後熟悉一下乙個點(x,

y)(x,y)

(x,y

)到ax+by+c=0,的距離公式是ax+

by+c

a2+b

2\frac+b^}}

a2+b2​

ax+b

y+c​

,其次我們要清楚我們的任務是找到離超平面最近的點,並使它最遠。

接著來看函式間隔的定義:給定乙個訓練樣本(xi

,yi)

(x_i,y_i)

(xi​,y

i​),x是特徵,y是結果標籤,i表示第i個樣本。定義函式間隔為:

γ i^

=yi(

w∗xi

+b)\widehat}=y_(w*x_+b)

γi​​=y

i​(w

∗xi​

+b)由於之前對g(z)進行了定義,當yi=

1y_i=1

yi​=

1時,w∗x

i+b≥

0w*x_i+b≥0

w∗xi​+

b≥0,所以函式間隔實際上是∣w∗

xi+b

∣|w*x_i+b|

∣w∗xi​

+b∣。由於是乙個訓練樣本,那麼為了使函式間隔最遠(更大的資訊確定該樣本是正例還是反例),所以,當yi=

1y_i=1

yi​=

1時,我們希望w∗x

i+bw*x_i+b

w∗xi​+

b能夠非常大,反之是非常小。因此函式間隔代表了我們認為特徵是正例還是反例的確信度。

函式間隔如果同時擴大w和b的話,例如將w∗x

i+bw*x_i+b

w∗xi​+

b乘個係數2,函式間隔會增大2倍,但是所求的超平面w∗x

i+b=

0w*x_i+b=0

w∗xi​+

b=0不會變化(注意這裡乙個是超平面概念,乙個是函式間隔概念)剛剛我們定義個函式間隔是針對某乙個樣本的,現在我們針對全域性樣本的定義的函式間隔:

γ ^=

minγ

^ii=

1,..

.,n\widehat=\underset_}

γ​=i=1

,...

,nmi

nγ​i

​​意思就是找到訓練樣本中函式間隔最小的那個樣本,並且要讓它的函式間隔最大。

幾何間隔首先簡單一點說就是點到直線距離,如圖

假設我們有b點所在的w∗x

i+b=

0w*x_i+b=0

w∗xi​+

b=0,任何其他一點,比如a到該面的距離以γ

iγ^i

γi表示,假設b就是a在分割面上的投影。w是法向量,則單位向量就是ω∣∣

ω∣∣\frac

∣∣ω∣∣ω

​。a點座標是(xi

,yi)

(x_i,y_i)

(xi​,y

i​)。所以b點是x=x

i−γi

∗ω∣∣

ω∣∣x=x_i-γ^i*\frac

x=xi​−

γi∗∣

∣ω∣∣

ω​(初中數學知識),帶入到所需要求的超平面w∗x

i+b=

0w*x_i+b=0

w∗xi​+

b=0,就得到以下公式:

看吧,幾何距離實際上就是點到直接距離,換一種寫法:

當||w||等於1的時候,函式間隔就和幾何間隔一樣,可以理解為函式間隔是幾何間隔沒有除以||w||的表達,幾何間隔是函式間隔歸一化的結果。這是為什麼呢?因為函式間隔是我們定義的,在定義的時候就有幾何間隔的色彩。幾何間隔最大的優勢就是不管將w和b擴大幾倍,幾何間隔都沒有影響。

同樣,定義全域性的幾何間隔為

幾何間隔與函式間隔的關係就是:

γ =γ

^∣∣ω

∣∣\gamma =\frac}

γ=∣∣ω∣

∣γ​​

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