【感知模型】

感知机模型 一、感知机概述 1、定义:感知机就是一个二分类的线性分类模型,其输入为实例的特征向量,输出为实例的类别。 2、感知机对应于将输入空间中的实例分为正负两个类别的分离超平面,其属于判别分类模型。其基于误分类的分类损失函数,利用梯度下降法计算分类损失函数的极小值,得到感知机模型。 感知机学习算法分为原始形式和对偶形式。感知机就是利用学习到的感知机模型对新输入的数据进行预测分类。 二、感知机模型 阅读详情

定义

假设输入空间(特征向量)为X⊆Rn,输出空间为Y={-1, +1}。输入x∈X表示实例的特征向量,对应于输入空间的点;输出y∈Y表示示例的类别。由输入空间到输出空间的函数为

                                   f(x)=sign(w·x + b)                                      (1)

称为感知机。其中,参数w叫做权值向量,b称为偏置。w·x表示w和x的内积。sign为符号函数,即

 https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/035cbda42cc68148a440a6b0ef759a80.png                                    (2)

几何解释    

感知机模型是线性分类模型,感知机模型的假设空间是定义在特征空间中的所有线性分类模型,即函数集合{f|f(x)=w·x+b}。线性方程 w·x+b=0对应于特征空间Rn中的一个超平面S,其中w是超平面的法向量,b是超平面的截踞。这个超平面把特征空间划分为两部分。位于两侧的点分别为正负两类。超平面S称为分离超平面,如下图:

损失函数的一个自然的选择是误分类的点的总数。但是这样得到的损失函数不是参数w、b的连续可导函数,不宜优化。损失函数的另一个选择是误分类点到分里面的距离之和。

这个推到过程可以去推导一下

首先,对于任意一点xo到超平面的距离为

       https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/64e236763669bbceae26a1c5f898993b.png                                     (3)

其次,对于误分类点(xi,yi)来说 -yi(w·xi+b)>0

因为wxi+b>0时,yi=−1,而当wxi+b<0时,yi=+1,因此,误分类点xi到超平面S的距离是:

 

这样,假设超平面S的总的误分类点集合为M,那么所有误分类点到S的距离之和为

                        https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/90bd1790380b825815d3857c0ebbb4d2.png                           (4)

不考虑1/||w||(为什么要去掉呢?),就得到了感知机学习的损失函数。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/fd0343eb0ea01ca4c1c95607b67b2e02.png                     (5)  

感知机学习是误分类驱动的,具体采用随机梯度下降法。首先,任意选定w0、b0,然后用梯度下降法不断极小化目标函数(6),极小化的过程不知一次性的把M中的所有误分类点梯度下降,而是一次随机选取一个误分类点使其梯度下降。

    假设误分类集合M是固定的,那么损失函数L(w,b)的梯度由(7)(8)给出

               https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/045a3ec0f0738956705ffe77eecbc515.png                                  (7)

                https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/69b7a471920b48fa9a082158bac3d956.png                                      (8)

随机选取一个误分类点(xi,yi),对w,b进行更新:

                    https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/3023eee784cd81ce8f5b64baaf90640b.png                                            (9)

                     https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c88d1c935200cfd6b15e6c679b68c066.png                                              (10)   

具体算法:

算法(感知机学习算法的原始形式)

输入:T={(x1,y1),(x2,y2)...(xN,yN)}(其中xi∈X=Rn,yi∈Y={-1, +1},

i=1,2...N,学习速率为η)

输出:w, b;感知机模型f(x)=sign(w·x+b)

(1) 初始化w0,b0

(2) 在训练数据集中选取(xi, yi)

(3) 如果yi(w xi+b)≤0

           w = w + ηyixi

           b = b + ηyi

(4) 转至(2)

 

直观解释:当一个实例点被误分类时,调整w,b,使分离超平面向该误分类点的一侧移动,以减少该误分类点与超平面的距离,直至超越该点被正确分类。

IRIS示例:

from sklearn import datasets
import numpy as np
from sklearn.cross_validation import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score  

iris = datasets.load_iris() # 加载Iris数据集。
print(type(iris))
X = iris.data[:, [2, 3]]#后面的两列数据
#iris是里面定义的一个数据集
y = iris.target # 标签已经转换成0,1,2了
#print(y)
#后面的随机数种子不知道是什么概念
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=0) # 为了看模型在没有见过数据集上的表现,随机拿出数据集中30%的部分做测试
#print(X_test)
# 为了追求机器学习和最优化算法的最佳性能,我们将特征缩放
from sklearn.preprocessing import StandardScaler
sc = StandardScaler()
sc.fit(X_train) # 估算每个特征的平均值和标准差
sc.mean_ # 查看特征的平均值,由于Iris我们只用了两个特征,结果是array([ 3.82857143,  1.22666667])
print(sc.mean_)
sc.scale_ # 查看特征的标准差,结果是array([ 1.79595918,  0.77769705])
print(sc.scale_)
X_train_std = sc.transform(X_train)
# 注意:这里我们要用同样的参数来标准化测试集,使得测试集和训练集之间有可比性
X_test_std = sc.transform(X_test)

# 训练感知机模型
from sklearn.linear_model import Perceptron
# n_iter:可以理解成梯度下降中迭代的次数
# eta0:可以理解成梯度下降中的学习率
# random_state:设置随机种子的,为了每次迭代都有相同的训练集顺序
ppn = Perceptron(n_iter=40, eta0=0.1, random_state=0)
print(ppn)
ppn.fit(X_train_std, y_train)

# 分类测试集,这将返回一个测试结果的数组
y_pred = ppn.predict(X_test_std)
print(y_pred)
# 计算模型在测试集上的准确性
#计算分类准确率
accuracy_score(y_test, y_pred)

-----------------------------执行结果-----------------------------------

 

深度学习笔记(一)——感知机模型(Perceptron Model) 感知机,也叫单层神经网络,是最基础的神经网络模型结构。 阅读详情

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