学习SVM过程思考过的问题

本文深入探讨了支持向量机(SVM)在低维与高维空间中解决线性可分与不可分问题的方法,包括使用核函数将低维不可分问题映射到高维空间,以及SVM在多类分类问题上的两种主要策略:直接法与间接法。此外,文章还总结了SVM涉及的关键数学概念,如线性函数、凸函数、非线性规划、二次规划与凸规划。

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1、在低维空间和高维空间中遇到线性可分和不可分的问题应该如何解决?

在低维空间中的线性可分问题,可以直接用logistic回归解,当然也可以用SVM(没有用到核函数或者理解为用了线性核);

在低维空间中的线性不可分问题,用SVM解,利用核函数将原(低维)空间映射到高维空间,但计算任然在原空间进行,降低了复杂度(任何一个低维空间中线性不可分的问题,映射到高维空间之后会更趋向于线性可分),当然也存在高维空间中线性不可分的情况,所以在SVM中存在一个松弛变量,这就解决了在高维空间中线性不可分的问题。


2、SVM如何解决多类问题?

第一直接法:这种方法对目标函数进行修改,将多个分类超平面的参数求解放到一个目标函数中,然后对目标函数最优化,直接求解得到多个超平面的参数。这种方法实现复杂,不常用。

第二间接法:通过组合多个二分类器来实现多分类问题,常用的方法有一对一(需要n*(n-1)/2个分类器)、一对多(需要n个二分类器)。


3、SVM中涉及的数学方面概念总结

线性函数:即一次函数

凸函数:如果函数二阶可导,则结果大于0的才是凸函数,如f(x) = x^2;一种不全面但是简单的理解方法:开口向上的函数

非线性规划:给定约束条件和目标函数,求极值问题。其中目标函数和约束条件至少有一个是非线性的

二次规划:是一种特殊的非线性规划,它的目标函数是二次函数,约束条件是线性的

凸规划:是一种特殊的非线性规划,它的目标函数是凸函数,比如f(x) = x^2。凸规划的局部最优值,一定是全局最优值

SVM最终就是转化成一个凸二次规划(目标函数是二次的、约束条件是线性的)问题求解的







### 使用SVM回归模型预测航班延误的实现过程及提高拟合度的方法 支持向量机(Support Vector Machine, SVM)作为一种强大的机器学习工具,不仅可以应用于分类问题,还可以用于回归任务。以下是关于如何使用SVM回归模型预测航班延误的具体实现过程及其提高拟合度的方法。 #### 实现过程 ##### 数据准备阶段 在构建任何机器学习模型之前,数据准备工作是非常重要的一步。这包括但不限于数据清洗、缺失值处理以及特征工程等方面的工作。 - 首先需要收集与航班相关的各类信息,比如出发时间、到达时间、天气状况等因素,并对其进行必要的预处理工作,例如去除异常值或者填补缺失数据等操作[^4]。 - 接下来就是对原始变量进行编码转换成数值形式以便于计算机理解处理;同时还需要考虑是否要做标准化或归一化处理以保证各个维度之间不存在过大差异影响最终结果准确性[^3]。 ##### 模型训练阶段 完成前期准备工作后就可以着手建立SVM回归模型了: - 选择合适的核函数类型(线性核、多项式核还是径向基核),不同的应用场景可能对应最佳选项有所区别; - 设置超参数C(正则项系数)、epsilon(不敏感损失函数阈值)以及其他相关参数初始值范围供后续网格搜索调优时参考使用; - 应用交叉验证技术评估不同组合下的性能指标表现情况找出最理想的那一组配置方案[^1]。 ```python from sklearn.svm import SVR from sklearn.model_selection import train_test_split, GridSearchCV from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 假设 X 是特征矩阵,y 是目标标签 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) scaler = StandardScaler() X_train_scaled = scaler.fit_transform(X_train) X_test_scaled = scaler.transform(X_test) param_grid = {'C': [0.1, 1, 10], 'gamma': [1, 0.1, 0.01],'kernel': ['rbf']} grid_search = GridSearchCV(SVR(), param_grid, refit=True, verbose=2, cv=5) grid_search.fit(X_train_scaled,y_train) best_svr_model = grid_search.best_estimator_ ``` ##### 结果评价阶段 最后利用测试集检验所得到的最佳SVR模型的实际效果如何,常用的衡量标准有均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE等等[^2]。 --- #### 提高SVM回归模型拟合度的方法 为了使我们的SVM回归模型更好地适应实际情况并取得更高精度的结果,可以从以下几个方面入手: ##### 特征选择与提取 合理有效地筛选出那些真正能反映航班延误特性的关键因素加入到模型之中,剔除掉冗余无意义的部分,这样既可以减少计算负担又能提升泛化能力[^1]。 ##### 调整超参数 正如前面提到过的那样,针对具体案例精心调试各项重要参数直至找到全局最优解为止是一项必不可少的任务。可以借助自动化手段如Grid Search CV来加速这一进程[^3]。 ##### 尝试其他改进版算法 如果常规版本难以满足预期,则不妨大胆尝试一些变种形式比如说Nu-Support Vector Regression (ν-SVR),它们或许能够提供额外的优势特性帮助解决问题[^2]。 ##### 综合运用多种方法 考虑到单一模型可能存在局限性,因此也可以思考将多个不同类型的学习机制结合起来形成新的混合框架结构,以此期望达到取长补短的效果[^4]。 ---
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