模式识别中的支持向量机方法

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(完整版)支持向量机(SVM)原理及应用概述

(完整版)支持向量机(SVM)原理及应用概述

支持向量机(SVM )原理及应用一、SVM 的产生与发展自1995年Vapnik(瓦普尼克)在统计学习理论的基础上提出SVM 作为模式识别的新方法之后,SVM 一直倍受关注。

同年,Vapnik 和Cortes 提出软间隔(soft margin)SVM ,通过引进松弛变量i ξ度量数据i x 的误分类(分类出现错误时i ξ大于0),同时在目标函数中增加一个分量用来惩罚非零松弛变量(即代价函数),SVM 的寻优过程即是大的分隔间距和小的误差补偿之间的平衡过程;1996年,Vapnik 等人又提出支持向量回归 (Support Vector Regression ,SVR)的方法用于解决拟合问题。

SVR 同SVM 的出发点都是寻找最优超平面(注:一维空间为点;二维空间为线;三维空间为面;高维空间为超平面。

),但SVR 的目的不是找到两种数据的分割平面,而是找到能准确预测数据分布的平面,两者最终都转换为最优化问题的求解;1998年,Weston 等人根据SVM 原理提出了用于解决多类分类的SVM 方法(Multi-Class Support Vector Machines ,Multi-SVM),通过将多类分类转化成二类分类,将SVM 应用于多分类问题的判断:此外,在SVM 算法的基本框架下,研究者针对不同的方面提出了很多相关的改进算法。

例如,Suykens 提出的最小二乘支持向量机 (Least Square Support Vector Machine ,LS —SVM)算法,Joachims 等人提出的SVM-1ight ,张学工提出的中心支持向量机 (Central Support Vector Machine ,CSVM),Scholkoph 和Smola 基于二次规划提出的v-SVM 等。

此后,台湾大学林智仁(Lin Chih-Jen)教授等对SVM 的典型应用进行总结,并设计开发出较为完善的SVM 工具包,也就是LIBSVM(A Library for Support Vector Machines)。

支持向量机简介与基本原理

支持向量机简介与基本原理

支持向量机简介与基本原理支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种常用的机器学习算法,被广泛应用于模式识别、数据分类以及回归分析等领域。

其独特的优势在于可以有效地处理高维数据和非线性问题。

本文将介绍支持向量机的基本原理和应用。

一、支持向量机的基本原理支持向量机的基本思想是通过寻找一个最优超平面,将不同类别的数据点分隔开来。

这个超平面可以是线性的,也可以是非线性的。

在寻找最优超平面的过程中,支持向量机依赖于一些特殊的数据点,称为支持向量。

支持向量是离超平面最近的数据点,它们对于确定超平面的位置和方向起着决定性的作用。

支持向量机的目标是找到一个超平面,使得离它最近的支持向量到该超平面的距离最大化。

这个距离被称为间隔(margin),最大化间隔可以使得分类器更具鲁棒性,对新的未知数据具有更好的泛化能力。

支持向量机的求解过程可以转化为一个凸优化问题,通过求解对偶问题可以得到最优解。

二、支持向量机的核函数在实际应用中,很多问题并不是线性可分的,此时需要使用非线性的超平面进行分类。

为了解决这个问题,支持向量机引入了核函数的概念。

核函数可以将低维的非线性问题映射到高维空间中,使得原本线性不可分的问题变得线性可分。

常用的核函数有线性核函数、多项式核函数、高斯核函数等。

线性核函数适用于线性可分问题,多项式核函数可以处理一些简单的非线性问题,而高斯核函数则适用于复杂的非线性问题。

选择合适的核函数可以提高支持向量机的分类性能。

三、支持向量机的应用支持向量机在实际应用中有着广泛的应用。

在图像识别领域,支持向量机可以用于人脸识别、物体检测等任务。

在生物信息学领域,支持向量机可以用于蛋白质分类、基因识别等任务。

在金融领域,支持向量机可以用于股票市场预测、信用评估等任务。

此外,支持向量机还可以用于文本分类、情感分析、异常检测等领域。

由于其强大的分类性能和泛化能力,支持向量机成为了机器学习领域中的重要算法之一。

模式识别 支持向量机

模式识别 支持向量机
1 2
2
w 最小的分类面就叫做最优分类面, H1、 H2 上的训练样本点就称作支持向量。
2
利用 Lagrange 优化方法可以把上述最优分类面问题转化为其对偶问题[2], 即:在约束条件
y
i 1 i
n
i
0,
(2a) 和
i 0
下对i 求解下列函数的最大值:
Q ( ) i
二、基于统计学习理论的支持向量机算法研究的理论背景
基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面, 研究从观测数据 (样本) 出发寻找规律, 利用这些规律对未来数据或无法观测的数据进行预测。 迄今为止, 关于机器学习还没有一种被共同接受的理论框架, 关于其实现方法大致可以分为 三种: 第一种是经典的(参数)统计估计方法。包括模式识别、神经网络等在内, 现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。 参数方法正是基于传统统 计学的, 在这种方法中, 参数的相关形式是已知的, 训练样本用来估计参数的值。 这种方法有很大的局限性,首先,它需要已知样本分布形式,这需要花费很大代 价,还有,传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论,现有学习方 法也多是基于此假设。但在实际问题中,样本数往往是有限的,因此一些理论上 很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。 第二种方法是经验非线性方法,如人工神经网络(ANN) 。这种方法利用已 知样本建立非线性模型,克服了传统参数估计方法的困难。但是,这种方法缺乏 一种统一的数学理论。 与传统统计学相比,统计学习理论(Statistical Learning Theory 或 SLT)是一 种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论。 该理论针对小样本统计问题建立 了一套新的理论体系, 在这种体系下的统计推理规则不仅考虑了对渐近性能的要 求,而且追求在现有有限信息的条件下得到最优结果。V. Vapnik 等人从六、七十 年代开始致力于此方面研究 , 到九十年代中期, 随着其理论的不断发展和成熟, 也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实质性进展, 统计学习理论开始受到越 来越广泛的重视。 统计学习理论的一个核心概念就是 VC 维(VC Dimension)概念, 它是描述函数 集或学习机器的复杂性或者说是学习能力(Capacity of the machine)的一个重要指 标,在此概念基础上发展出了一系列关于统计学习的一致性(Consistency)、收敛 速度、推广性能(Generalization Performance)等的重要结论。

处理非线性分类和回归的新方法—支持向量机方法(SVM)

处理非线性分类和回归的新方法—支持向量机方法(SVM)
处理非线性分类和回 归的新方法
—支持向量机方法(SVM)
(Support Vector Machine)
支持向量机方法(SVM) 简介
(Support Vector Machine)
机器学习问题的提法
利用有限数量的观测来 寻求待求的依赖关系
模式识别(分类) 回归分析(回归) 概率密度估计
SVM应用于 降水分类预报的试验
四川盆地面雨量的 SVM建模与预报检验
预报对象: 由于单站降水的不确定性较 大,因此,采用面雨量做为预报 对象。 考虑四川盆地降雨的气候特点, 将四川省内盆地部分划分为三个 片区: 盆地西北部(1)、 盆地东北部(2)、 盆地西南部(3),
分别作为预报对象进行试验
x
i
) exp r
x

x
2 i

i
。要构造(3)式的决策规则,就需要估计: 参数r的值;中心 i 的数目N;描述各中心的向量xx ; 参数 i的值。
这四种类型的参数都是通过控制泛函的参数来最小化测试错误概率的界确定。
将预报对象进行分类
我们关注的是大于15mm降水 的面雨量,因此把面雨量 大于或等于15mm的归为 +1类, 小于15mm的归为 -1类。
资料长度: 1990—2000年4—9月 共11年的历史资料
建模方式:
确定核函数 归一化因子
将预报对象进行分类
将预报因子和预报对象进行整理,分为三部分: 训练集、测试集、检验集 选取参数建立SVM模型
确定核函数
我们以径向基函数(满足Mercer定理)做为SVM中内积的回旋函数建立推 理模型。径向基函数采用下面的决策规则集合: N (3)
( x1 ,
y ),( xl ,

支持向量机在模式识别中的应用

支持向量机在模式识别中的应用

A pi t no u p r V c rM ̄h e S M )i at n风赋罾 p la o f p ot et ci S o i (V n nP t r e
S HEN n, u Mie 一h a,XI O i A L ,WANG e 一 l Fi g
(col f l tmi SineadE gnei 。 aoa nvmt Sho e n c c c n nier g N t nl i i oE c e n i U e y o D ec eho g , l m40 7 ,hn ) f d n T cnl y c岫 e o 10 3C i a
g tr c g i o e e o nt n i
之一【 。支持向量机克服 了传统 神经网络 的以上 l 】
1 引 言
近年来 , 神经 网络在模式识别、 图像处理 、 函数 逼近等方面得到广泛研究 和应用 , 但是传统神经 网 络在实际应用中存在网络结构难于确定 、 过学习或 欠学习以及局部极小等问题。 2 世纪 9 0 0年代 中期 , an 提 出的支持 向量 V pi k 机 (V 以其结构简单 、 S M) 具有全局最优性和较好 的
不足 , 在模式识别、 图像处理 、 回归分析等方面得到 了广泛应用。这一理论基础坚实、 数学推导严密 。 在
解决小样本、 非线性 以及高维模式识别问题中显示
了无法 比拟的优越性 。针对模式识别问题 , 本文研
究 了支持 向量机的分类性能和泛化能力 , 通过大量
实验验证 了支持向量机在模式识别 中良 的分类和 好
沈明华,肖 立,王飞行
( 国防科技大学 电子科学与工程学院。 长沙 407 ) 103
摘 要: 针对传统神 经网络存在网络结构难于确定、 过学习以及局部极 小等问题 , 研究了基 于支持 向 量机( V 的模式识别问题 。通过对棋盘这种典 型非线性二 值 问题 的分类研 究, S M) 分析 了支持 向量

SVM支持向量机原理

SVM支持向量机原理

SVM⽀持向量机原理(⼀)SVM的简介⽀持向量机(Support Vector Machine)是Cortes和Vapnik于1995年⾸先提出的,它在解决⼩样本、⾮线性及⾼维模式识别中表现出许多特有的优势,并能够推⼴应⽤到函数拟合等其他机器学习问题中[10]。

⽀持向量机⽅法是建⽴在统计学习理论的VC 维理论和结构风险最⼩原理基础上的,根据有限的样本信息在模型的复杂性(即对特定训练样本的学习精度,Accuracy)和学习能⼒(即⽆错误地识别任意样本的能⼒)之间寻求最佳折衷,以期获得最好的推⼴能⼒[14](或称泛化能⼒)。

以上是经常被有关SVM 的学术⽂献引⽤的介绍,我来逐⼀分解并解释⼀下。

Vapnik是统计机器学习的⼤⽜,这想必都不⽤说,他出版的《Statistical Learning Theory》是⼀本完整阐述统计机器学习思想的名著。

在该书中详细的论证了统计机器学习之所以区别于传统机器学习的本质,就在于统计机器学习能够精确的给出学习效果,能够解答需要的样本数等等⼀系列问题。

与统计机器学习的精密思维相⽐,传统的机器学习基本上属于摸着⽯头过河,⽤传统的机器学习⽅法构造分类系统完全成了⼀种技巧,⼀个⼈做的结果可能很好,另⼀个⼈差不多的⽅法做出来却很差,缺乏指导和原则。

所谓VC维是对函数类的⼀种度量,可以简单的理解为问题的复杂程度,VC维越⾼,⼀个问题就越复杂。

正是因为SVM关注的是VC维,后⾯我们可以看到,SVM解决问题的时候,和样本的维数是⽆关的(甚⾄样本是上万维的都可以,这使得SVM很适合⽤来解决⽂本分类的问题,当然,有这样的能⼒也因为引⼊了核函数)。

结构风险最⼩听上去⽂绉绉,其实说的也⽆⾮是下⾯这回事。

机器学习本质上就是⼀种对问题真实模型的逼近(我们选择⼀个我们认为⽐较好的近似模型,这个近似模型就叫做⼀个假设),但毫⽆疑问,真实模型⼀定是不知道的(如果知道了,我们⼲吗还要机器学习?直接⽤真实模型解决问题不就可以了?对吧,哈哈)既然真实模型不知道,那么我们选择的假设与问题真实解之间究竟有多⼤差距,我们就没法得知。

在MATLAB中使用SVM进行模式识别的方法

在MATLAB中使用SVM进行模式识别的方法

在MATLAB中使用SVM进行模式识别的方法在MATLAB中,支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是一种常用的模式识别方法。

SVM通过在特征空间中找到一个最优的超平面来分离不同的样本类别。

本文将介绍在MATLAB中使用SVM进行模式识别的一般步骤。

其次,进行特征选择与预处理。

在SVM中,特征选择是十分关键的一步。

合适的特征选择可以提取出最具有区分性的信息,从而提高SVM的分类效果。

特征预处理可以对样本数据进行归一化等,以确保特征具有相似的尺度。

然后,将数据集分为训练集和测试集。

可以使用MATLAB中的cvpartition函数来划分数据集。

一般来说,训练集用于训练SVM模型,测试集用于评估SVM的性能。

接下来,选择合适的核函数。

SVM利用核函数将数据映射到高维特征空间中,从而使得原本线性不可分的数据在新的特征空间中可分。

在MATLAB中,可以使用svmtrain函数的‘kernel_function’选项来选择不同的核函数,如线性核函数、多项式核函数、高斯核函数等。

然后,设置SVM的参数。

SVM有一些参数需要调整,如正则化参数C、软间隔的宽度等。

参数的选择会直接影响SVM的分类性能。

可以使用gridsearch函数或者手动调整参数来进行优化。

然后,用测试集测试SVM模型的性能。

使用svmclassify函数来对测试集中的样本进行分类。

svmclassify函数的输入是测试集特征向量和训练好的SVM模型。

最后,评估SVM的性能。

可以使用MATLAB中的confusionmat函数来计算分类结果的混淆矩阵。

根据混淆矩阵可以计算出准确率、召回率、F1分值等指标来评估SVM模型的性能。

除了上述步骤,还可以使用交叉验证、特征降维等方法进一步改进SVM的分类性能。

综上所述,通过以上步骤,在MATLAB中使用SVM进行模式识别的方法主要包括准备数据集,特征选择与预处理,数据集的划分,选择合适的核函数,设置SVM的参数,使用训练集训练SVM模型,用测试集测试SVM 模型的性能,评估SVM的性能等。

模式识别二分类方法

模式识别二分类方法

模式识别二分类方法
模式识别中的二分类方法是一种常见的分类问题,主要解决的是将数据分为两类的问题。

常见的二分类方法包括逻辑回归、支持向量机、朴素贝叶斯等。

在二分类问题中,我们通常会使用一些特征来描述数据,然后通过分类器将这些特征映射到两类标签中。

其中,逻辑回归是一种基于概率的二分类方法,通过计算给定特征下每个类别的概率,选择概率较大的类别作为预测结果。

支持向量机则是一种基于统计学习理论的分类方法,通过找到能够将两类数据点最大化分隔的决策边界来实现分类。

朴素贝叶斯则是一种基于概率论的分类方法,通过计算每个类别的条件概率,选择条件概率最大的类别作为预测结果。

除了以上提到的几种二分类方法外,还有许多其他的二分类方法,如随机森林、梯度提升等。

这些方法各有优缺点,需要根据具体的问题和数据特征选择适合的方法。

此外,对于二分类问题中的不平衡数据集问题,我们也可以采用一些特殊的方法进行处理,如过采样、欠采样、使用合成数据等。

这些方法可以帮助我们在处理不平衡数据集时提高分类准确率。

总之,二分类方法是模式识别中重要的组成部分,其应用范围广泛,选择适合的方法需要结合具体的问题和数据特征进行考虑。

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模式识别中的支持向量机方法
模式识别中的支持向量机方法
引言
模式识别是人工智能和机器学习领域的重要研究方向之一,它旨在通过学习和理解数据的特征与规律,从而对未知数据进行准确的分类和预测。

支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种常用的模式识别方法之一,以其良好的泛化能力
和优秀的性能在实际应用中得到了广泛的应用。

本文将介绍支持向量机方法在模式识别中的原理、应用及优化方法。

一、支持向量机原理
1.1 核心思想
支持向量机是一种二类分类模型,其基本思想是通过将数据映射到高维特征空间,使得样本在特征空间中线性可分。

具体而言,SVM通过构造一个最优的、能够区分不同类别样本的
超平面来实现分类。

其中,最优超平面的定义是离支持向量(即离超平面最近的样本)的距离最大化。

1.2 SVM的数学建模
假设训练数据集为{(x1, y1), (x2, y2), ... , (xn, yn)},其中xi为样本的特征向量,yi∈{-1, +1}为样本的标签。

目标是找到一个超平面wx+b=0,使得所有正例样本满足
wx+b≥1,所有负例样本满足wx+b≤-1。

即:
y(wx+b)≥1
其中,w为超平面的法向量,b为偏置。

SVM的目标是求
解一个最优化问题:
min ½||w||²
s.t. yi(wx+b)≥1 i=1,2,...,n
求解上述最优化问题,即可得到最优超平面,从而实现模式的准确分类。

二、支持向量机的应用
2.1 文本分类
文本分类是一个典型的模式识别问题,支持向量机在文本分类中得到了广泛的应用。

SVM可以通过对文本特征进行训练,学习到文本分类的模型。

然后使用该模型对新的文本进行分类预测,从而实现对文本的自动化分类。

2.2 图像识别
支持向量机在图像识别中也起着重要的作用。

通过将图像进行特征提取,然后使用支持向量机进行训练,可以学习到一个图像分类的模型。

该模型可以用于识别和分类不同种类的图像。

2.3 生物医学
支持向量机在生物医学领域也有广泛的应用。

例如,通过对生物学信号进行特征提取和处理,然后使用支持向量机进行分类,可以实现对生物学信号的自动化分析和识别。

三、支持向量机的优化方法
3.1 核函数的选择
SVM中的核函数是非常重要的一部分,它能够将数据映射
到高维空间,从而使得样本在特征空间中线性可分。

在选择核函数时,需要考虑数据的特征和问题的性质,合理选择适当的核函数才能取得较好的分类效果。

3.2 参数调节
支持向量机中有一些参数需要进行调节,如惩罚因子C和核函数参数等。

这些参数的选择会直接影响SVM的分类性能。

因此,对于特定的问题,需要通过交叉验证等方法,寻找最佳
的参数组合,从而提高SVM的分类准确率。

3.3 分类器集成
分类器集成是一种提高分类性能的有效方法。

支持向量机可以与其他分类器进行集成,如决策树、神经网络等。

通过将多个分类器组合起来进行整体分类,可以提高分类准确率和泛化能力。

结论
支持向量机是一种在模式识别中应用广泛的分类方法。

其核心思想是通过最优的超平面对样本进行分类,并具有良好的泛化能力。

支持向量机在文本分类、图像识别和生物医学等领域具有重要的应用价值。

此外,通过合理选择核函数、调节参数和进行分类器集成,可以进一步提高支持向量机的分类性能。

未来,随着技术的不断进步和新领域的出现,支持向量机在模式识别中的应用将会越来越广泛
支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是一种在
机器学习中广泛应用的分类方法。

它的核心思想是通过一个最优的超平面将样本进行分类,并具有良好的泛化能力。

在实际应用中,支持向量机在文本分类、图像识别和生物医学等领域具有重要的应用价值。

支持向量机的优势之一是它可以将数据映射到高维空间,从而使得样本在特征空间中线性可分。

通过引入核函数,支持向量机可以对非线性问题进行处理。

选择核函数时,需要考虑数据的特征和问题的性质,合理选择适当的核函数才能取得较好的分类效果。

在支持向量机中,有一些参数需要进行调节,如惩罚因子
C和核函数参数等。

这些参数的选择会直接影响SVM的分类性
能。

因此,对于特定的问题,需要通过交叉验证等方法,寻找最佳的参数组合,从而提高SVM的分类准确率。

除了参数调节,分类器集成也是一种提高分类性能的有效方法。

支持向量机可以与其他分类器进行集成,如决策树、神经网络等。

通过将多个分类器组合起来进行整体分类,可以提高分类准确率和泛化能力。

总的来说,支持向量机是一种应用广泛的分类方法,具有良好的泛化能力。

通过合理选择核函数、调节参数和进行分类器集成,可以进一步提高支持向量机的分类性能。

随着技术的不断进步和新领域的出现,支持向量机在模式识别中的应用将会越来越广泛。

未来,支持向量机还有一些可以改进的地方。

例如,可以通过引入稀疏表示和半监督学习等方法来进一步提高支持向量机的效果。

此外,支持向量机在处理大规模数据和高维数据时,会面临一些挑战,可以通过并行计算和特征选择等技术来解决这些问题。

另外,支持向量机在处理不平衡数据和处理多分类问题时,也有一些可改进的地方。

未来的研究可以关注这些问题,进一步提高支持向量机的分类性能和应用范围。

综上所述,支持向量机是一种应用广泛的分类方法,具有良好的泛化能力。

通过合理选择核函数、调节参数和进行分类器集成,可以进一步提高支持向量机的分类性能。

随着技术的不断进步和新领域的出现,支持向量机在模式识别中的应用将会越来越广泛。

未来的研究可以关注改善稀疏表示和半监督学习、处理大规模数据和高维数据、处理不平衡数据和多分类问题等方面,进一步提高支持向量机的效果和应用范围
综合来看,支持向量机(Support Vector Machines,SVM)是一种应用广泛的分类方法,并且具有良好的泛化能力。

通过合理选择核函数、调节参数和进行分类器集成,可以进一步提高支持向量机的分类性能。

随着技术的不断进步和新领域的出现,支持向量机在模式识别中的应用将会越来越广泛。

然而,未来的研究还有一些可以改进的地方,以进一步提高支持向量机的效果和应用范围。

其中一项改进是引入稀疏表示和半监督学习等方法。

稀疏表示可以减少模型的复杂度,提高计算效率,而半监督学习则可以利用未标记的数据来提升分类的准确性。

这些方法的引入可以进一步提高支持向量机的性能,尤其是在数据稀疏和标注样本有限的情况下。

另一个需要改进的方面是支持向量机在处理大规模数据和高维数据时的挑战。

由于支持向量机的计算复杂度随着样本数量和维度的增加而增加,因此处理大规模数据和高维数据可能会变得困难。

为了解决这个问题,可以利用并行计算和特征选择等技术来加速支持向量机的计算过程。

并行计算可以将计算任务分布到多个处理单元上,从而提高计算速度。

特征选择可以通过选择最相关的特征来减少数据维度,进而减少计算复杂度。

这些技术的应用可以有效地解决支持向量机在处理大规模数据和高维数据时遇到的挑战。

此外,支持向量机在处理不平衡数据和多分类问题时也有一些可改进的地方。

不平衡数据指的是样本类别分布不均衡的情况,这种情况下常常会导致分类器对多数类别的预测准确率较高,而对少数类别的预测准确率较低。

针对不平衡数据,可以采用一些方法来平衡不同类别的权重,从而提高分类器对少数类别的识别率。

对于多分类问题,支持向量机通常采用一对多(One-vs-Rest)或一对一(One-vs-One)的策略来进行分
类,这种策略可能会导致分类器的计算复杂度增加和决策边界不明确的问题。

因此,针对不平衡数据和多分类问题的改进可以进一步提高支持向量机的分类性能。

总的来说,支持向量机是一种应用广泛的分类方法,具有良好的泛化能力。

通过合理选择核函数、调节参数和进行分类器集成,可以进一步提高支持向量机的分类性能。

未来的研究可以关注改善稀疏表示和半监督学习、处理大规模数据和高维数据、处理不平衡数据和多分类问题等方面,进一步提高支持向量机的效果和应用范围。

随着技术的不断进步和新领域的出现,支持向量机在模式识别中的应用将会越来越广泛。

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