机器学习5---支持向量机

最新推荐文章于 2025-05-21 19:23:18 发布
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分类专栏： 机器学习 文章标签： 机器学习
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本文介绍了支持向量机（SVM）的基础知识，包括线性可分SVM的概念，如何寻找最优超平面以最大化间隔，以及如何通过拉格朗日乘数法和对偶问题求解SVM模型。此外，还讨论了在原始空间无法划分时如何利用核函数将数据映射到高维空间，以解决线性不可分问题，常见的核函数类型也进行了说明。

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1. 线性可分的支持向量机

1.1 支持向量机（SVM）基本型

对于给定的在样本空间中线性可分的训练集，我们有多重办法对其进行划分，以二分类问题为例，如图：

红线和黑线（超平面）都能将两类样本很好的划分开，但是当新样本进入时，黑线比红线更加有可能正确划分新的样本，换句话说：越位于两类样本“中心”的划分超平面越能够容忍样本的局部扰动，其的泛化能力越好。

基于以上思想，我们准备求解最优超平面。

首先，记超平面的线性方程为w^{T}x+b=0，其中w为法向量。根据点到直线的距离公式，得到样本空间任一点x超平面的距离可以写成r=\frac{|w^{T}x+b|}{||w||}。

接着，为了方便计算，我们将两类样本使用正类和负类表示，即若y_{i}=+1，则w^{T}x_{i}+b\geqslant +1;若y_{i}=-1，则w^{T}x_{i}+b\leqslant -1，能够使得等号成立的样本向量称之为“支持向量”，因为它们是离超平面最近的训练样本，它们确定了两个类别之间的“间隔”。

然后，找到最优超平面也就转换成寻找“最大间隔”问题，即

\underset{w,b}{max} \frac{2}{||w||}   (

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支持向量机（Support Vector Machine, SVM）是一种二分类模型，其目的是寻找一个超平面来对样本进行分割，分割的原则是间隔最大化。当训练样本线性可分时，SVM通过硬间隔最大化来学习一个线性可分支持向量机。当训练样本近似线性可分时，SVM通过软间隔最大化来学习一个线性支持向量机，这允许一些样本出现在间隔边界内部。当训练样本线性不可分时，SVM利用核技巧和软间隔最大化来学习一个非线性支持向量机，通过将数据映射到高维空间来实现非线性分类。
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