fisher criterion

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### Fisher's Criterion 的基本概念 Fisher's Criterion 是一种用于特征选择和降维的技术,在机器学习和数据分析领域具有重要意义。它通过衡量类间分离性和类内紧凑性来评估特征的有效性。具体来说,Fisher's Criterion 基于两个主要目标:最大化不同类别之间的距离(类间差异),并最小化同一类别内部的距离(类内差异)。这种方法的核心在于找到能够使这两个目标达到最优平衡的方向。 在实际应用中,Fisher's Criterion 被广泛应用于线性判别分析(Linear Discriminant Analysis, LDA)算法中。LDA 使用 Fisher's Criterion 来寻找投影方向,使得数据在低维空间中的分布更加易于分类[^1]。 ### 数学表达形式 假设我们有两个类别 \( C_1 \) 和 \( C_2 \),分别表示两类数据点集合,则 Fisher's Criterion 可以定义为: \[ J(w) = \frac{(m_{w1} - m_{w2})^2}{s_{w1}^2 + s_{w2}^2} \] 其中: - \( w \) 表示投影向量; - \( m_{wi} \) 表示第 i 类数据在投影后的均值; - \( s_{wi}^2 \) 表示第 i 类数据在投影后的方差。 该公式的分子部分代表类间的分离度,分母则反映了类内的紧密程度。优化的目标是找到最佳的投影向量 \( w \),从而最大化上述准则函数 \( J(w) \)[^4]。 ### 实现方法 以下是基于 Python 的简单实现代码,展示如何利用 Fisher's Criterion 进行二分类问题的数据投影: ```python import numpy as np def fisher_criterion(X, y): classes = np.unique(y) if len(classes) != 2: raise ValueError("This implementation is only suitable for binary classification.") X_class_0 = X[y == classes[0]] X_class_1 = X[y == classes[1]] mean_0 = np.mean(X_class_0, axis=0) mean_1 = np.mean(X_class_1, axis=0) scatter_within_0 = np.dot((X_class_0 - mean_0).T, (X_class_0 - mean_0)) scatter_within_1 = np.dot((X_class_1 - mean_1).T, (X_class_1 - mean_1)) Sw = scatter_within_0 + scatter_within_1 w = np.linalg.inv(Sw).dot(mean_1 - mean_0) return w # Example usage if __name__ == "__main__": from sklearn.datasets import make_classification X, y = make_classification(n_samples=100, n_features=2, n_informative=2, n_redundant=0, random_state=42) projection_vector = fisher_criterion(X, y) print(f"Projection vector: {projection_vector}") ``` 此代码实现了 Fisher's Criterion 的计算过程,并返回了一个投影向量 \( w \),可以用来将高维数据映射到一维空间以便后续处理[^3]。 ### 局限性与改进 尽管 Fisher's Criterion 提供了一种有效的降维方式,但它也存在一些局限性。例如,当类别数量超过两时,传统的 Fisher 方法可能不再适用;此时通常会扩展至多类情况下的广义版本——即 Linear Discriminant Analysis (LDA)[^2]。另外需要注意的是,如果训练样本不足或者分布不均匀,可能会导致估计偏差,影响最终效果。
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