机器学习之逐次下降法

逐次下降法的定义

  1. 对于给定的方程组这里写图片描述,使用公式:
    迭代公式
    其中k为迭代次数(k=0,1,2,…)
    逐步代入求近似解的方法称为迭代法
  2. 如果这里写图片描述存在(记为这里写图片描述),称此迭代法收敛,显然这里写图片描述就是方程组的解,否则称此迭代法发散。
  3. 研究{这里写图片描述}的收敛性。引进误差向量:
    这里写图片描述
    得到:
    这里写图片描述
    递推得到:
    这里写图片描述
    要考察{这里写图片描述}的收敛性,就要研究B在这里写图片描述这里写图片描述的条件。

下面给出Python实现

import numpy as np
from numpy import *
from common_libs import *  #使用散点图绘制函数
import matplotlib.pyplot as plt

#消元发求解方程组的解
#求解元方程
def method_nomal():
    A =mat([[8,-3,2],
            [4,11,-1],
            [6,3,12]])
    b=mat([20,33,36])

   result = linalg.solve(A,b.T)
    print result

#迭代法进行计算

def interationMethod(n,B0,f):
    error = 1.0e-6  # 迭代阈值
    steps = 100  # 迭代次数
    xk=zeros((n,1))``
    errorlist=[]
    for i in range(steps):
        xk_1=xk
        xk=B0*xk+f
        errorlist.append(linalg.norm(xk_1-xk))
        if errorlist[-1]<error:
            print i+1
            break
    print xk
   # 绘制散点图
   matpts= zeros((2,i+1)) 
   matpts[0]=linspace(1,i+1,i+1)
    print matpts[0]
    matpts[1]=array(errorlist)
    drawScatter(plt,matpts)
    plt.show()
B0 = mat([[0.0,3.0/8.0,-2.0/8.0],[-4.0/11.0,0.0,1.0/11.0],[-6.0/12.0,-3.0/12.0,0.0]])
m,n = shape(B0)
f = mat([[20.0/8.0],[33.0/11.0],[36.0/12.0]])
interationMethod(n,B0,f)
### 坐标下降法在公平谱聚类中的应用 #### 公平谱聚类概述 公平谱聚类是一种结合了传统谱聚类与公平约束的技术,旨在解决传统聚类方法可能存在的不公平性问题。例如,在客户分群或资源分配场景下,某些群体可能会因为历史偏见或其他因素而受到不公正对待。因此,引入公平性约束成为必要[^1]。 #### 坐标下降法简介 坐标下降法(Coordinate Descent Method)是一种优化算法,其核心思想是对目标函数逐次沿着单个变量的方向进行最小化操作,直到满足收敛条件为止。该方法适用于求解大规模稀疏优化问题,并且计算效率较高。在机器学习领域,坐标下降法常被用来处理线性回归、支持向量机等问题[^4]。 #### 坐标下降法应用于公平谱聚类 为了实现公平谱聚类的目标,通常会构建一个带约束的优化模型,其中包括以下部分: 1. **目标函数定义** - 在谱聚类中,目标通常是最大化簇间差异并最小化簇内差异。这可以通过图拉普拉斯矩阵 \(L\) 的特征分解完成。 - 对于公平性需求,则需额外加入一组约束项,表示不同类别之间的比例应尽可能接近预设值。 2. **优化过程** - 将上述目标转化为带有正则化的二次规划问题: \[ J(X) = X^\top L X + \lambda R_f(X), \] 其中 \(X\) 表示节点嵌入空间;\(R_f(X)\) 是反映公平性的惩罚项;\(\lambda\) 控制两者权衡程度。 3. **利用坐标下降更新参数** - 初始化随机分布下的集群标签; - 针对每一个维度独立调整当前最优位置直至全局稳定状态形成。 下面给出伪代码描述这一流程: ```python def fair_spectral_clustering(data_matrix, fairness_constraints): # Step 1: Compute the graph Laplacian matrix. laplacian = compute_graph_laplacian(data_matrix) # Initialize embedding space randomly or via PCA etc.. embeddings = initialize_embeddings() max_iterations = 100 tolerance = 1e-6 prev_cost = float('inf') for iteration in range(max_iterations): new_embeddings = update_single_coordinate(laplacian, embeddings, fairness_constraints) cost = calculate_objective(new_embeddings, laplacian, fairness_constraints) if abs(cost - prev_cost) < tolerance: break embeddings = new_embeddings prev_cost = cost clusters = assign_clusters(embeddings) return clusters ``` 此段程序展示了如何运用循环机制逐一修正各维数值从而逼近理想解答路径[^5]。 #### 总结 通过采用坐标下降策略,可以在保持较低时间复杂度的同时有效应对大型数据集上的公平谱聚类挑战。这种方法不仅继承了经典谱聚类的优点——即擅长发现非凸形结构的数据分区方案,而且还能兼顾社会伦理层面的要求,确保结果具备更高的透明性和接受度。 ---
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