核方法在机器学习中的应用:原理与实践
在机器学习领域,核方法是一类强大的工具,它能够处理复杂的数据结构和非线性关系。本文将深入探讨核主成分分析(Kernel PCA)、核支持向量机(Kernel SVM)以及样条曲线(Spline Curves)的原理和应用。
1. 核主成分分析(Kernel PCA)
主成分分析(PCA)是一种常用的数据降维技术,它通过找到数据的主成分来减少数据的维度。而核主成分分析则是PCA的扩展,它能够处理非线性数据。
1.1 普通PCA回顾
在不使用核的情况下,PCA的步骤如下:
- 对矩阵 $X$ 和向量 $y$ 的每一列进行中心化处理。
- 计算 $v_1 \in R^p$,使得在 $v^Tv = 1$ 的条件下,$v^TX^TXv$ 达到最大值。
- 对于 $i = 2, \cdots, p$,重复计算 $v_i$,使得在 $v^Tv = 1$ 的条件下,$v^TX^TXv$ 达到最大值,并且 $v_i$ 与 $v_1, \cdots, v_{i - 1}$ 正交。
- 在实际应用中,通常只选择具有最大特征值的 $v_1, \cdots, v_m$($1 \leq m \leq p$)来进行数据压缩。
为了找到满足 $v^Tv = 1$ 且使 $v^TX^TXv$ 最大的 $v$,可以通过最大化 $v^TX^TXv - \mu(v^Tv - 1)$ 来实现,其中 $\mu > 0$ 是拉格朗日系数。
对于每个行向量 $x \in R^p$,可以计算其得分:
[
\begin{bmatrix}
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