神经网络.支持向量机(SVM)

本文介绍了神经网络和支持向量机(SVM)的概念。神经网络用于解决非线性分类问题,包括隐藏层和反向传播算法。支持向量机涉及到函数间隔和几何间隔,确保分类的确定性。SVM通过最大化几何间隔优化分类效果。

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《Andrew Ng 机器学习笔记》这一系列文章文章是我再观看Andrew Ng的Stanford公开课之后自己整理的一些笔记,除了整理出课件中的主要知识点,另外还有一些自己对课件内容的理解。同时也参考了很多优秀博文,希望大家共同讨论,共同进步。

网易公开课地址:http://open.163.com/special/opencourse/machinelearning.html

参考博文:http://blog.youkuaiyun.com/andrewseu/article/details/46892885

                 http://blog.sina.com.cn/s/blog_8a951ceb0102wbbv.html


本篇博文涉及课程四:朴素贝叶斯算法


主要内容有:

(1)神经网络

(2)支持向量机


神经网络

对于之前学习的分类算法,我们的目标都是求解一条直线,这条直线将数据进行分类,但如果数据并不是线性可分的话,这些模型的性能会变差。针对非线性分类的问题,出现了很多分类算法,神经网络是其中最早出现的一种。

例如,下图使用Logistic模型分类,得到的是图中的直线,但这条直线并不是很合理,我们希望得到图中的曲线:



假设特征向量为{x0,x1,x2,x3}sigmoid代表计算节点,

人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是两种常用的机器学习方法,它们在原理、应用场景以及性能特点上存在显著差异。 ### 原理上的区别 ANN 是一种模拟生物神经系统结构的模型,通过多层非线性处理单元(神经元)来学习输入数据与输出之间的映射关系。其核心思想是通过误差反向传播算法不断调整权重参数,以最小化预测误差。ANN 能够自动提取复杂的特征表示,并适用于非线性问题[^4]。 SVM 的基本思想是寻找一个最优超平面,使得不同类别的样本尽可能分开,并且分类间隔最大化。对于非线性可分问题,SVM 利用核函数将原始输入空间映射到高维特征空间,从而实现线性可分。SVM 的决策仅依赖于少数支持向量,因此具有较好的泛化能力抗过拟合能力[^1]。 ### 应用场景的比较 ANN 由于其强大的非线性建模能力,广泛应用于图像识别、语音处理、自然语言处理、时间序列预测等领域。尤其在深度学习中,ANN 衍生出卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)等结构,极大地推动了人工智能的发展。 SVM 更适合小样本高维数据的分类任务,例如文本分类、生物信息学中的基因表达分析、异常检测等。它在训练样本较少时仍能保持良好的分类性能,并且对高维数据具有较好的适应性[^3]。 ### 性能与优缺点比较 ANN 的优点在于可以处理高度非线性复杂的数据模式,但其训练过程计算量大,容易陷入局部最优解,且需要大量标注数据来获得良好性能。此外,ANN 的黑箱特性较强,解释性较差。 SVM 的优势在于理论基础扎实,能够有效避免“维数灾难”,并且在小样本情况下表现稳定。然而,SVM 对大规模数据集的训练效率较低,尤其是当使用非线性核函数时,计算复杂度显著增加。此外,SVM 的性能高度依赖于核函数的选择参数调优。 ```python # 示例:使用 scikit-learn 实现 SVM ANN 的简单对比 from sklearn import datasets from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.svm import SVC from sklearn.neural_network import MLPClassifier from sklearn.metrics import accuracy_score # 加载数据集 iris = datasets.load_iris() X, y = iris.data, iris.target # 划分训练集测试集 X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) # 使用 SVM 分类器 svm_clf = SVC(kernel='rbf') svm_clf.fit(X_train, y_train) y_pred_svm = svm_clf.predict(X_test) print("SVM Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred_svm)) # 使用 ANN 分类器 mlp_clf = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(10, 10), max_iter=1000) mlp_clf.fit(X_train, y_train) y_pred_mlp = mlp_clf.predict(X_test) print("ANN Accuracy:", accuracy_score(y_test, y_pred_mlp)) ```
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