MATLAB实现支持向量机算法(MNIST数据集)

基于MOOC人工智能之模式识别的课程完成的第三次作业
MATLAB实现支持向量机算法(MNIST数据集)
MOOC地址:人工智能之模式识别
SVM 是通过学习样本寻找分类间隔边界,把这一过程转化为了
一个优化问题。众所周知,分类间隔是由距离分类决策边界最近的那些少量样本决定的,而比这些样本距离分类决策边界更远的大量样本,其实都不会影响到最优权向量的求取,这些作用十分特殊的样本,就被称为“支持向量”,表示是他们支撑起了线性分类器在最大分类间隔意义下的最优解。这也是为什么这种算法被称为“支持向量机(Support Vector Machine,SVM)”的原因。

SVM.m 程序代码主要实现了数据集读入,定义 SVM 分类器模板、训练,测试及结果输出几个部分。

clear variables
clc
load ('./test_images.mat');
load ('./test_labels.mat');
load ('./train_images.mat');
load ('./train_labels.mat');%数据集的读入
train_num =2000;
test_num = 200;
  
  
data_train = mat2vector(train_images(:,:,1:train_num),train_num);%图像转向量
data_test = mat2vector(test_images(:,:,1:test_num),test_num);%mnist数据集图像为28*28
  
% 这里我们用最简单的线性模型做演示&
### 使用支持向量机(SVM)MATLAB中对Fashion-MNIST数据集进行分类 为了实现这一目标,可以遵循一系列特定的操作来加载Fashion-MNIST数据集并应用SVM模型。虽然提供的参考资料主要涉及MNIST数据集的支持函数[^1],但这些工具同样适用于处理类似的图像识别任务。 #### 加载Fashion-MNIST 数据集 首先,在MATLAB环境中获取Fashion-MNIST数据集。由于官方资源可能不直接提供MATLAB版本的数据读取脚本,可以从其他开源项目下载适合MATLAB使用的加载器或自行编写简单的文件解析程序来导入`.gz`压缩包中的训练和测试样本。 ```matlab % 假设已经通过某种方式解压并将数据存储为.mat文件 load('fashion_mnist_train.mat'); % 训练集 load('fashion_mnist_test.mat'); % 测试集 ``` #### 预处理输入特征 接着,需将原始像素值转换成适合机器学习算法的形式: - 将图片展平为一维向量; - 对象标签应被编码为整数类别编号; - 可选地标准化数值范围以提高收敛速度。 ```matlab Xtrain = reshape(train_images,[],784)'; Ytrain = train_labels; Xtest = reshape(test_images,[],784)'; Ytest = test_labels; % 归一化到区间 [0,1] Xtrain = double(Xtrain)/255; Xtest = double(Xtest)/255; ``` #### 构建与训练 SVM 模型 利用MATLAB内置的fitcsvm()函数创建线性核的支持向量分类器,并对其进行参数调优(如C值的选择)。考虑到计算效率和平稳度,建议采用交叉验证方法评估不同配置下的性能表现。 ```matlab rng(1); % 设置随机种子保证可重复实验结果 cvModel = fitcecoc(Xtrain,Ytrain,'Learners',templateSVM(),'CrossVal','on'); Mdl = cvModel.Trained{1}.BinaryLearners{1}; % 获取最优子模型用于后续预测 ``` 此处采用了错误校正输出码(ECOC)[^3]框架封装多个二元SVM构成多类分类系统,因为Fashion-MNIST共有十个不同的服装品类需要区分。 #### 性能评测 最后一步是对构建好的模型执行预测操作,并统计其准确性指标作为最终评判标准之一。 ```matlab predictedLabels = predict(Mdl,Xtest); accuracy = sum(predictedLabels==Ytest)/numel(Ytest)*100; fprintf('Test Accuracy: %.2f%%\n', accuracy); ``` 上述过程展示了如何基于MATLAB平台完成一次完整的SVM分类流程应用于Fashion-MNIST数据集上。值得注意的是实际应用场景下还需考虑更多细节优化措施以及探索更复杂的内核选项提升泛化能力。
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