支持向量机(二)

SVM支持向量机二(Lagrange Duality) SVM支持向量机二(Lagrange Duality) 各科 阅读详情

2.1、原始问题转为对偶问题

接着考虑之前得到的目标函数:

由于求的最大值相当于求的最小值,所以上述目标函数等价于(w由分母变成分子,从而也有原来的max问题变为min问题,很明显,两者问题等价):

因为现在的目标函数是二次凸函数的,约束条件是线性的,所以它是一个凸二次规划问题。

通过拉格朗日函数将约束条件融合到目标函数里去,从而只用一个函数表达式便能清楚的表达出我们的问题。

然后令

容易验证,当某个约束条件不满足时,例如,那么显然有(只要令即可)。而当所有约束条件都满足时,则最优值为,亦即最初要最小化的量。

因此,在要求约束条件得到满足的情况下最小化,实际上等价于直接最小化(当然,这里也有约束条件,就是)   ,因为如果约束条件没有得到满足,会等于无穷大,自然不会是我们所要求的最小值。

具体写出来,目标函数变成了:

这里用表示这个问题的最优值,且和最初的问题是等价的。如果直接求解,那么一上来便得面对w和b两个参数,而又是不等式约束,这个求解过程不好做。不妨把最小和最大的位置交换一下,变成:

交换以后的新问题是原始问题的对偶问题,这个新问题的最优值用来表示。而且有≤,在满足KKT条件的情况下,这两者相等,这个时候就可以通过求解对偶问题来间接地求解原始问题。

2.2、对偶问题的求解

分为3个步骤:首先要让L(w,b,a) 关于 w 和 b 最小化,然后求对的极大,最后利用SMO算法求解对偶问题中的拉格朗日乘子。

①首先固定,要让 L 关于 w 和 b 最小化,我们分别对w,b求偏导数,即令 ∂L/∂w 和 ∂L/∂b 等于零

将以上结果代入之前的L 

得到:


其具体推导过程:

最后,得到:


“倒数第4步”推导到“倒数第3步”使用了线性代数的转置运算,由于ai和yi都是实数,因此转置后与自身一样。“倒数第3步”推导到“倒数第2步”使用了(a+b+c+…)(a+b+c+…)=aa+ab+ac+ba+bb+bc+…的乘法运算法则。

从上面的最后一个式子,我们可以看出,此时的拉格朗日函数只包含了一个变量,那就是

②求对的极大,即是关于对偶问题的最优化问题。经过上面第一个步骤的求w和b,得到的拉格朗日函数式子已经没有了变量w,b,只有。从上面的式子得到:


这样,求出了,根据,即可求出w,然后通过,即可求出b,最终得出分离超平面和分类决策函数。

③在求得L(w, b, a) 关于 w 和 b 最小化,以及对的极大之后,最后一步则可以利用SMO算法求解对偶问题中的拉格朗日乘子。


2.3、接下来的问题

①2.2节中b值的求法不理解

②SMO算法

③线性不可分的情况怎么处理


SVM支持向量机(二)13 1导包 import numpy as np from sklearn import datasets from sklearn.svm import SVC from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import accuracy_score import matplotlib.pyplot as plt 2加载数据 X,y=datasets.load_wine(return_X_... 阅读详情

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