感知机perceptron--二维平面上点的分类

本文介绍了感知机在二维平面上的点分类问题,讨论了超平面的概念及其法向量,并重点阐述了点到超平面的函数间距与几何间距的区别,强调在实际应用中几何间距的重要性。同时,提到了梯度在机器学习中的作用。

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声明:本人也是初次接触机器学习相关的知识,文章仅仅记录当前的学习情况,参考书主要是李航老师的《统计学习方法 第二版》,其间可能会有不正确的,可以评论或私信我

引例:

如果直线能够刚好把二维平面上的点分为两类,那这条线就是一条好的直线,当然,这是一种理想情况;如果不能划分的情况下,直线就得有一个量化标准,来找到一条比较好的直线,这个标准,就是后面所要学的损失函数。
而这个量化标准,一般取以下两种:

  1. 误分类点的个数
  2. 误分类点到超平面的几何间距的总和
    注:超平面和几何间距会在下方解释

前导知识

超平面:

n维线性空间中维度为n-1的子空间,它可以把线性空间划分为不相交的两部分。
如:二维平面上的一条直线,三维空间中的一个二维平面

超平面的法向量:

就是垂直于超平面的向量。假设 超平面为 w.x + b = 0,则w就是超平面的法向量
证明:
假设x1、x2是超平面上任意两点,但不相同,则可得方程组 w.x1+b=0, w.x2+b=0,令两式相减可得 w.(x1-x2) = 0,而x1与x2并不相同,也就是说w与x1-x2向量内积为0,就是w垂直x1-x2

点到超平面的距离

函数间距:
假设 超平面为w.x + b = 0,则点到超平面的函数间距就是d = | w.xi + b |
但此时存在一个问题,如果坐标系被等比例放大或缩小,这个间距d也会随着变化。
如: 坐标系被放大k倍,此时的函数间距d = k| w.xi + b |,算法是聪明的,当它发现不断地等比例缩小会使得距离变小时,他就会不断地尝试,此时,所得到的结果是没有意义的

几何间距:
假设 超平面为w.x + b = 0,则点到超平面的几何间距就是d = | w.xi + b | / || w ||
== || w || 是w的l2范数,也就是w的模==
证明:
假设x1是超平面上任意一点,求点xi到超平面的距离
d = &

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