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支援向量機(SVM)(三)----核函式及正則化

    上一節最後我們說到我們根據求得的,可求得,然後求出決策函式,但是我們知道:


的函式,我們也許不必把帶入上式來求解,我們直接把上式帶入決策函式可有:



    假如我們已經求得最優的,在作出預測的時候,我們可以只進行輸入資料x與訓練樣本的內積即可。在轉化為對偶條件的時候,我們知道要滿足KKT條件,KKT條件中有一個是:


其中:


     由此可以知道,若,則有函式間隔必然等於1,也就是說,只有支援向量滿足,而不是支援向量的樣本點,必然有。故而在計算下式的時候,我們只需考慮支援向量,而是支援向量的樣本點有很少,所以這樣會降低計算複雜度。這種形式也為引入核函式做出鋪墊。

    Kernels

    我們上次最後說明了,如果遇到線性不可分的情況,根據現有的分類函式,可能解決不了,比如,下圖(來源:知乎


    上圖中的紅點服從,藍點服從,很明顯紅藍點是不可分的,但是通過對映,將其對映到三維空間後,便有:


    對映到三維空間之後,紅藍點變得線性可分了。核函式作用其實就是通過一個對映,把低維線性不可分的樣本點,對映到高維中,使之變得線性可分。

    吳恩達老師說,“原始”的輸入我們稱之為問題的屬性,當“原始”輸入經過對映得到一個新的集合,而這個集合傳遞給學習演算法,這樣的一個新的集合稱之為特徵。SVM的輸入就是特徵而不是原始的輸入屬性。當低維線性不可分 的時候,我們把輸入屬性,對映到一個高維特徵空間,並把對映後的特徵作為新的輸入,而新的決策函式,只是把原來的內積運算<x,z>簡單替換為

即可。而接下我們探討這個核函式。

    核函式定義為:


其中的為對映函式。

    憑直覺來看,要求出,我們需要求出,然而要求代價是很大的,因為很難求得,另外當高維的維數很大的時候(這是很有可能的),我們的計算量也是很大的,這讓我們很難承受,那麼我們可不可以把的值在低維求出呢?

    我們先看一個例子:

    

    我們可以把上式寫成如下的形式:


    假如當N=3時,那麼就是如下形式:


    對於這個例子,我們在高維中計算的時間複雜度為,而在輸入屬性中計算,只需的時間,這樣給了我們啟發,對於高維中的內積,我們在低維中就可以解決。

    對於kernel,我們有多項式kernel,Gaussian kernel等等,那麼給定一個函式K,我們怎麼知道他是不是有效的呢?也就是說對於所有的x,z是否存在一個對映

,使得成立?

    假如K是有效的,那麼有,因此K一定是對稱的。另外我們令表示向量的第k個座標,對於任意向量z有:


    這就說明了如果K是有效的,那麼其對應的核矩陣就是半正定的。這是一個充分必要條件,也是Mercer定理。好了到此我們也說明了什麼是核函式。下一節我們將繼續上一節的話題,怎麼樣求解對偶問題的解。請看: