支持向量机 (SVM),序列最小优化算法 (SMO)

本贴最后更新于 1480 天前,其中的信息可能已经事过境迁

支持向量机(Support Vector Machine)由V.N. Vapnik,A.Y. Chervonenkis,C. Cortes 等在1964年提出。序列最小优化算法(Sequential minimal optimization)是一种用于解决支持向量机训练过程中所产生优化问题的算法。由John C. Platt于1998年提出。

支持向量机的推导在西瓜书,各大网站已经有详细的介绍。本文主要依据 John C. Platt 发表的文章《Sequential Minimal Optimization: A Fast Algorithm for Training Support Vector Machines》来实现 SVM 与 SMO 算法。


算法的流程:

QQ 截图 20210306083526.png


import numpy as np from sklearn import datasets import matplotlib.pyplot as plt

定义需要的数据,包含数据样本,数据标签,偏置 b,拉格朗日乘子 α,容忍系数 C 等。

class Par: def __init__(self,n,D,C,eps,tol): self.X=datasets.make_blobs(n_samples=n,n_features=D,centers=2,cluster_std=1.0,shuffle=True,random_state=None) self.point=self.X[0] self.target=self.X[1] self.target[np.nonzero(self.target==0)[0]]=-1 self.w=np.zeros((1,D))[0] self.b=0 self.E=-self.target self.alpha=np.zeros((1,n))[0] self.n=n self.C=C self.eps=eps self.tol=tol

定义核函数,预测公式。

def kernel(x,y): return np.dot(x,y.T) def f(x): s=0 for i in range(n): s+=P.alpha[i]*P.target[i]*kernel(P.point[i],x) return s-P.b

被选中的一对 α 更新细节:

def takeStep(i1,i2): if i1==i2: return 0 alph2=P.alpha[i2] alph1=P.alpha[i1] y1=P.target[i1] y2=P.target[i2] s=y1*y2 #Compute L,H via equations (13) and (14) if y1!=y2: L=max(0,alph2-alph1) H=min(P.C,P.C+alph2-alph1) else: L=max(0,alph2+alph1-P.C) H=min(P.C,alph2+alph1) if L==H: return 0 k11=kernel(P.point[i1],P.point[i1]) k12=kernel(P.point[i1],P.point[i2]) k22=kernel(P.point[i2],P.point[i2]) eta=k11+k22-2*k12 if eta>0: a2=alph2+y2*(P.E[i1]-P.E[i2])/eta if a2<L: a2=L elif a2>H: a2=H else: f1=y1*(P.E[i1]+b)-alph1*k11-s*alph2*k12 f2=y2*(P.E[i2]+b)-s*alph1*k12-alph2*k22 L1=alph1+s*(alph2-L) H1=alph1+s*(alph2+H) psiL=L1*f1+L*f2+0.5*L1**2*k11+0.5*L**2*k22+s*L*L1*k12 psiH=H1*f1+H*f2+0.5*H1**2*k11+0.5*H**2*k22+s*H*H1*k12 Lobj = psiL Hobj = psiH if Lobj<Hobj-eps: a2=L elif Lobj>Hobj+eps: a2=H else: a2=alph2 if abs(a2-alph2)<P.eps*(a2+alph2+P.eps): return 0 a1=alph1+s*(alph2-a2) #Update threshold to reflect change in Lagrange multipliers b1=P.E[i1]+y1*(a1-alph1)*k11+y2*(a2-alph2)*k12+P.b b2=P.E[i2]+y1*(a1-alph1)*k12+y2*(a2-alph2)*k22+P.b if a1>0 and a1<P.C: P.b=b1 elif a2>0 and a2<P.C: P.b=b2 else: P.b=(b1+b2)/2 #Update weight vector to reflect change in a1 & a2, if SVM is linear P.w=P.w+y1*(a1-alph1)*P.point[i1]+y2*(a2-alph2)*P.point[i2] #Store a1 in the alpha array P.alpha[i1]=a1 #Store a2 in the alpha array P.alpha[i2]=a2 #Update error cache using new Lagrange multipliers P.E[i1]=f(P.point[i1])-P.target[i1] P.E[i2]=f(P.point[i2])-P.target[i2] return 1

内循环选择第二个 α:

def examineExample(i2): global valid alph2=P.alpha[i2] y2=P.target[i2] r2=P.E[i2]*y2 if (r2<-P.tol and alph2<P.C) or (r2>P.tol and alph2>0): valid=np.where((P.alpha!=0) & (P.alpha!=C))[0] Long=len(valid) if Long > 1: #i1 = result of second choice heuristic (section 2.2) best=-1 if len(valid)>1: for k in valid: deltaE=abs(P.E[i2]-P.E[k]) if deltaE>best: best=deltaE i1=k if takeStep(i1,i2): return 1 #loop over all non-zero and non-C alpha, starting at a random point if Long>0: random_index=np.random.randint(0,Long) for i in np.hstack((valid[random_index:Long],valid[0:random_index])): i1=i if takeStep(i1,i2): return 1 #loop over all possible i1, starting at a random point random_index=np.random.randint(0,n) for i in np.hstack((np.arange(random_index,n),np.arange(0,random_index))): #i1=loop variable i1=i if takeStep(i1,i2): return 1 return 0

外循环选择第一个 α:

def SMO(): global valid numChanged=0 examineAll=1 while numChanged>0 or examineAll: numChanged=0 if examineAll: for i in range(n): numChanged+=examineExample(i) else: #loop I over examples where alpha is not 0 & not C for i in valid: numChanged+=examineExample(i) if examineAll==1: examineAll=0 elif numChanged==0: examineAll=1

主函数入口:

if __name__ == '__main__': n=100 #样本个数 C=10 eps=0.001 #停止精度 tol=0.001 #分类容错率 D=2 #样本维度 P=Par(n,D,C,eps,tol) SMO() #绘制图像 plt.scatter(P.point[:,0],P.point[:,1],c=P.target) x=np.arange(-10,10,0.1) y=(P.b-P.w[0]*x)/P.w[1] plt.plot(x,y) plt.show() Y=kernel(P.point,P.w)-P.b count=0 for i in range(n): if Y[i]*P.target[i]<0: count+=1 print('Error Point num:',count)

单次测试结果:

Figure1.png

  • 分类
    8 引用 • 10 回帖
  • 机器学习

    机器学习(Machine Learning)是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多门学科。专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。

    83 引用 • 37 回帖

相关帖子

欢迎来到这里!

我们正在构建一个小众社区,大家在这里相互信任,以平等 • 自由 • 奔放的价值观进行分享交流。最终,希望大家能够找到与自己志同道合的伙伴,共同成长。

注册 关于
请输入回帖内容 ...

推荐标签 标签

  • 深度学习

    深度学习(Deep Learning)是机器学习的分支,是一种试图使用包含复杂结构或由多重非线性变换构成的多个处理层对数据进行高层抽象的算法。

    53 引用 • 40 回帖
  • 小说

    小说是以刻画人物形象为中心,通过完整的故事情节和环境描写来反映社会生活的文学体裁。

    31 引用 • 108 回帖
  • 阿里巴巴

    阿里巴巴网络技术有限公司(简称:阿里巴巴集团)是以曾担任英语教师的马云为首的 18 人,于 1999 年在中国杭州创立,他们相信互联网能够创造公平的竞争环境,让小企业通过创新与科技扩展业务,并在参与国内或全球市场竞争时处于更有利的位置。

    43 引用 • 221 回帖 • 76 关注
  • 导航

    各种网址链接、内容导航。

    43 引用 • 177 回帖 • 1 关注
  • 友情链接

    确认过眼神后的灵魂连接,站在链在!

    24 引用 • 373 回帖
  • HTML

    HTML5 是 HTML 下一个的主要修订版本,现在仍处于发展阶段。广义论及 HTML5 时,实际指的是包括 HTML、CSS 和 JavaScript 在内的一套技术组合。

    108 引用 • 295 回帖 • 2 关注
  • Shell

    Shell 脚本与 Windows/Dos 下的批处理相似,也就是用各类命令预先放入到一个文件中,方便一次性执行的一个程序文件,主要是方便管理员进行设置或者管理用的。但是它比 Windows 下的批处理更强大,比用其他编程程序编辑的程序效率更高,因为它使用了 Linux/Unix 下的命令。

    124 引用 • 74 回帖
  • 前端

    前端技术一般分为前端设计和前端开发,前端设计可以理解为网站的视觉设计,前端开发则是网站的前台代码实现,包括 HTML、CSS 以及 JavaScript 等。

    245 引用 • 1338 回帖
  • 自由行
    2 关注
  • 倾城之链
    23 引用 • 66 回帖 • 158 关注
  • GitLab

    GitLab 是利用 Ruby 一个开源的版本管理系统,实现一个自托管的 Git 项目仓库,可通过 Web 界面操作公开或私有项目。

    46 引用 • 72 回帖 • 1 关注
  • 宕机

    宕机,多指一些网站、游戏、网络应用等服务器一种区别于正常运行的状态,也叫“Down 机”、“当机”或“死机”。宕机状态不仅仅是指服务器“挂掉了”、“死机了”状态,也包括服务器假死、停用、关闭等一些原因而导致出现的不能够正常运行的状态。

    13 引用 • 82 回帖 • 82 关注
  • LeetCode

    LeetCode(力扣)是一个全球极客挚爱的高质量技术成长平台,想要学习和提升专业能力从这里开始,充足技术干货等你来啃,轻松拿下 Dream Offer!

    209 引用 • 72 回帖
  • 链书

    链书(Chainbook)是 B3log 开源社区提供的区块链纸质书交易平台,通过 B3T 实现共享激励与价值链。可将你的闲置书籍上架到链书,我们共同构建这个全新的交易平台,让闲置书籍继续发挥它的价值。

    链书社

    链书目前已经下线,也许以后还有计划重制上线。

    14 引用 • 257 回帖
  • 微服务

    微服务架构是一种架构模式,它提倡将单一应用划分成一组小的服务。服务之间互相协调,互相配合,为用户提供最终价值。每个服务运行在独立的进程中。服务于服务之间才用轻量级的通信机制互相沟通。每个服务都围绕着具体业务构建,能够被独立的部署。

    96 引用 • 155 回帖
  • Flutter

    Flutter 是谷歌的移动 UI 框架,可以快速在 iOS 和 Android 上构建高质量的原生用户界面。 Flutter 可以与现有的代码一起工作,它正在被越来越多的开发者和组织使用,并且 Flutter 是完全免费、开源的。

    39 引用 • 92 回帖
  • 工具

    子曰:“工欲善其事,必先利其器。”

    295 引用 • 750 回帖
  • GraphQL

    GraphQL 是一个用于 API 的查询语言,是一个使用基于类型系统来执行查询的服务端运行时(类型系统由你的数据定义)。GraphQL 并没有和任何特定数据库或者存储引擎绑定,而是依靠你现有的代码和数据支撑。

    4 引用 • 3 回帖 • 3 关注
  • Markdown

    Markdown 是一种轻量级标记语言,用户可使用纯文本编辑器来排版文档,最终通过 Markdown 引擎将文档转换为所需格式(比如 HTML、PDF 等)。

    169 引用 • 1527 回帖
  • 又拍云

    又拍云是国内领先的 CDN 服务提供商,国家工信部认证通过的“可信云”,乌云众测平台认证的“安全云”,为移动时代的创业者提供新一代的 CDN 加速服务。

    20 引用 • 37 回帖 • 570 关注
  • Follow
    4 引用 • 12 回帖 • 6 关注
  • Logseq

    Logseq 是一个隐私优先、开源的知识库工具。

    Logseq is a joyful, open-source outliner that works on top of local plain-text Markdown and Org-mode files. Use it to write, organize and share your thoughts, keep your to-do list, and build your own digital garden.

    7 引用 • 69 回帖 • 1 关注
  • Hadoop

    Hadoop 是由 Apache 基金会所开发的一个分布式系统基础架构。用户可以在不了解分布式底层细节的情况下,开发分布式程序。充分利用集群的威力进行高速运算和存储。

    87 引用 • 122 回帖 • 622 关注
  • 人工智能

    人工智能(Artificial Intelligence)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门技术科学。

    157 引用 • 290 回帖
  • flomo

    flomo 是新一代 「卡片笔记」 ,专注在碎片化时代,促进你的记录,帮你积累更多知识资产。

    6 引用 • 140 回帖
  • Gzip

    gzip (GNU zip)是 GNU 自由软件的文件压缩程序。我们在 Linux 中经常会用到后缀为 .gz 的文件,它们就是 Gzip 格式的。现今已经成为互联网上使用非常普遍的一种数据压缩格式,或者说一种文件格式。

    9 引用 • 12 回帖 • 168 关注
  • 锤子科技

    锤子科技(Smartisan)成立于 2012 年 5 月,是一家制造移动互联网终端设备的公司,公司的使命是用完美主义的工匠精神,打造用户体验一流的数码消费类产品(智能手机为主),改善人们的生活质量。

    4 引用 • 31 回帖 • 2 关注