机器学习基石资源-01_Motivation_of_Dual_SVM_15-54

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机器学习知识点梳理

机器学习知识点梳理

机器学习知识点梳理机器学习是一门涉及统计学、人工智能和计算机科学的交叉学科,旨在让计算机通过数据和经验自动学习和改进。

它是人工智能领域的重要分支,已经在各个领域取得了广泛的应用。

本文将对机器学习的一些重要知识点进行梳理和介绍。

一、机器学习的基本概念1. 机器学习的定义:机器学习是一种通过从数据中学习规律和模式,从而使计算机具备自主学习和决策的能力的方法。

2. 监督学习和无监督学习:监督学习是指通过给计算机提供带有标签的训练数据,让计算机学习输入与输出之间的映射关系;无监督学习则是指从无标签的训练数据中学习数据的内在结构和模式。

3. 训练集和测试集:训练集是用于训练模型的数据集,测试集是用于评估模型性能的数据集。

二、机器学习的算法分类1. 监督学习算法:- 线性回归:通过拟合线性模型来预测连续值输出。

- 逻辑回归:用于分类问题,通过拟合线性模型并应用逻辑函数来预测离散值输出。

- 决策树:通过构建树状结构来进行分类和回归。

- 支持向量机:通过构建超平面来进行分类和回归。

- 随机森林:通过构建多个决策树来进行分类和回归,并通过投票或平均来获得最终结果。

- 神经网络:通过模拟人脑神经元的连接和激活来进行学习和预测。

2. 无监督学习算法:- 聚类算法:将相似的样本归为一类,常用的聚类算法有K均值聚类和层次聚类。

- 主成分分析:通过线性变换将原始数据映射到低维空间,以发现数据的主要特征。

- 关联规则学习:通过挖掘数据集中的频繁项集和关联规则来发现数据之间的关系。

三、机器学习的评估指标1. 回归问题的评估指标:- 均方误差(MSE):衡量预测值与真实值之间的平均差异。

- 均方根误差(RMSE):MSE的平方根。

- 平均绝对误差(MAE):衡量预测值与真实值之间的平均绝对差异。

2. 分类问题的评估指标:- 准确率(Accuracy):预测正确的样本数与总样本数之比。

- 精确率(Precision):真正例的比例,衡量预测为正例的样本中真正为正例的比例。

机器学习课件ppt

机器学习课件ppt
详细描写
逻辑回归通过将输入变量映射到概率 值来工作,然后使用阈值将概率值转 换为二进制类别。它通常用于二元分 类问题,如点击率猜测或敲诈检测。
决策树
总结词
决策树是一种监督学习算法,它通过树形结构进行决策和分 类。
详细描写
决策树通过递归地将数据集划分为更小的子集来工作,直到 到达终止条件。每个内部节点表示一个特征的测试,每个分 支表示测试的一个结果,每个叶节点表示一个类标签。
深度学习的应用场景包括图像 辨认、语音辨认、自然语言处 理和推举系统等。
强化学习
01
强化学习是机器学习的一个分支 ,通过让智能体与环境交互来学 习最优的行为策略。
02
强化学习的特点是基于环境的反 馈来不断优化行为,以到达最终
的目标。
常见的强化学习算法包括Qlearning、SARSA和Deep Qnetwork等。
计算机视觉
机器学习在计算机视觉领域的应用包 括图像分类、目标检测、人脸辨认等 。
推举系统
机器学习在推举系统中的应用是通过 分析用户行为和偏好来推举相关的内 容或产品。
语音助手
机器学习在语音助手中的应用是通过 语音辨认和自然语言处理技术来理解 用户意图并作出相应回应。
02
机器学习基础
线性回归
总结词
线性回归是一种通过拟合数据点来猜测连续值的算法。
详细描写
线性回归通过找到最佳拟合直线来猜测因变量的值,该直线基于自变量和因变 量之间的关系。它使用最小二乘法来拟合数据,并输出一个线性方程,可以用 来进行猜测。
逻辑回归
总结词
逻辑回归是一种用于分类问题的算法 ,它将连续的输入变量转换为二进制 的输出变量。
数据清洗
去除特殊值、缺失值和重复数据,确保数据质量。

机器学习中的异常检测中的OCSVM算法详解

机器学习中的异常检测中的OCSVM算法详解

机器学习中的异常检测中的OCSVM算法详解机器学习中的异常检测是指通过对已知数据的学习,使得机器能够自动识别和推断未知数据中的异常值。

异常检测在许多领域中都得到了广泛的应用,如金融欺诈检测、网络入侵检测和健康监测等。

在异常检测中,OCSVM(One-Class Support Vector Machine)算法是一种常用的方法,下面将对该算法进行详细的解读。

OCSVM算法是由Schoelkopf and Smola于2001年提出的一种非监督学习算法,它在异常检测中的应用受到了广泛的关注。

与其他的异常检测算法不同,OCSVM算法只需要一个类别的训练样本,即只需要正常样本,而不需要异常样本。

这使得OCSVM算法在许多实际场景下具有很大的优势,因为异常样本通常很难获取。

OCSVM算法的核心思想是通过将训练样本映射到高维特征空间,在该空间中寻找一个超平面,将正常样本从原点分离出来,并尽量使得异常样本不被分离。

具体来说,OCSVM算法引入了一个辅助向量机(SVM)的概念,其中正常样本被视为一个类别的支持向量,而异常样本则被视为噪声。

通过最大化边际,OCSVM算法能够找到一个最优的超平面,将正常样本和异常样本分开。

OCSVM算法的数学模型可以表示为以下优化问题:minimize 1/2 ||w||^2 + 1/(v * n) ∑ξ_i - ρ,subject to: φ(x_i)·w ≥ ρ - ξ_i, ξ_i ≥ 0,其中,w是一个权重向量,φ(x_i)是将输入样本映射到高维特征空间的函数,ξ_i是松弛变量,ρ是阈值,v是一个称为松弛变量权重的超参数,n是训练样本的数量。

为了求解上述优化问题,可以使用拉格朗日乘子法将其转化为对偶问题,并通过核函数的使用将算法扩展到非线性情况。

通过求解对偶问题,可以得到对应的分离超平面,进而进行异常检测。

OCSVM算法的实现通常涉及到以下几个关键步骤:1. 数据预处理:对原始数据进行标准化和归一化的处理,确保数据的统一性和可比性。

机器学习的基本知识点

机器学习的基本知识点

机器学习的基本知识点机器学习是一门涵盖统计学、人工智能和计算机科学等领域的交叉学科,旨在开发出能够从数据中学习和改进的算法和模型。

它广泛应用于各个领域,如语音识别、图像处理、自然语言处理等。

要理解机器学习的基本知识点,我们可以从以下几个方面进行探讨:一、监督学习监督学习是机器学习中最常用的方法之一。

在监督学习中,我们需要提供带有标签的训练数据,其中标签指示了输入数据所对应的正确输出。

通过这些带有标签的数据,机器学习算法可以学习到输入和输出之间的关系,并对未标记的数据进行预测。

监督学习中常用的算法包括决策树、支持向量机和神经网络等。

二、无监督学习无监督学习是一种没有标签的学习方法,它的目标是通过对数据的内在结构进行分析,发现隐藏的模式和关系。

无监督学习常用的算法包括聚类算法和降维算法。

聚类算法将数据分组为相似的子集,而降维算法可以减少数据的维度,以方便后续的可视化和处理。

三、半监督学习半监督学习是介于监督学习和无监督学习之间的学习方法。

在半监督学习中,我们既有带有标签的数据,也有未标记的数据。

该方法利用带有标签的数据进行有监督学习,并结合未标记数据的特征进行预测。

半监督学习可以在数据集标记有限的情况下提供更好的性能。

四、强化学习强化学习是一种通过学习来制定决策的方法,它通过控制系统与环境进行交互,从而学习到在特定环境下采取不同动作的最佳策略。

强化学习的核心是建立奖励机制,通过最大化累积奖励来选择最佳动作。

著名的强化学习算法包括Q-learning和深度强化学习等。

五、特征工程特征工程是指根据问题的特点和领域知识,对原始数据进行预处理和转换,以提取出对机器学习算法有用的特征。

良好的特征选择和处理可以显著提高机器学习模型的性能。

六、模型评估和选择在机器学习中,我们拟合模型以预测新的未标记数据。

为了评估模型的性能,我们需要将数据分为训练集和测试集。

同时,还可以使用交叉验证和学习曲线等方法评估模型,并选择最佳的模型进行使用。

机器学习--支持向量机(SVM)算法的原理及优缺点

机器学习--支持向量机(SVM)算法的原理及优缺点

机器学习--⽀持向量机(SVM)算法的原理及优缺点⼀、⽀持向量机(SVM)算法的原理 ⽀持向量机(Support Vector Machine,常简称为SVM)是⼀种监督式学习的⽅法,可⼴泛地应⽤于统计分类以及回归分析。

它是将向量映射到⼀个更⾼维的空间⾥,在这个空间⾥建⽴有⼀个最⼤间隔超平⾯。

在分开数据的超平⾯的两边建有两个互相平⾏的超平⾯,分隔超平⾯使两个平⾏超平⾯的距离最⼤化。

假定平⾏超平⾯间的距离或差距越⼤,分类器的总误差越⼩。

1.⽀持向量机的基本思想 对于线性可分的任务,找到⼀个具有最⼤间隔超平⾯,如图所⽰, (1)⽀持向量机的基本型为: (2)软间隔的优化⽬标: 其中,0-1函数为错分样本的个数。

(3)核⽅法: 其中为特征映射函数。

2、实验⼀般步骤: (1)导⼊数据; (2)数据归⼀化; (3)执⾏svm寻找最优的超平⾯; (4)绘制分类超平⾯核⽀持向量; (5)利⽤多项式特征在⾼维空间中执⾏线性svm (6)选择合适的核函数,执⾏⾮线性svm; 3、算法优缺点: 算法优点: (1)使⽤核函数可以向⾼维空间进⾏映射 (2)使⽤核函数可以解决⾮线性的分类 (3)分类思想很简单,就是将样本与决策⾯的间隔最⼤化 (4)分类效果较好 算法缺点: (1)SVM算法对⼤规模训练样本难以实施 (2)⽤SVM解决多分类问题存在困难 (3)对缺失数据敏感,对参数和核函数的选择敏感 ⼆、数学推导过程 对于线性可分的⽀持向量机求解问题实际上可转化为⼀个带约束条件的最优化求解问题: 推理过程: 结果: 对于线性不可分的⽀持向量机求解问题实际上可转化为⼀个带约束条件的soft-margin最优化求解问题:三、代码实现1、线性svmimport numpy as npfrom sklearn.datasets import load_irisimport matplotlib.pyplot as pltfrom sklearn.preprocessing import StandardScalerfrom sklearn.svm import LinearSVCfrom matplotlib.colors import ListedColormapimport warningsdef plot_decision_boundary(model,axis):x0,x1=np.meshgrid(np.linspace(axis[0],axis[1],int((axis[1]-axis[0])*100)).reshape(-1,1),np.linspace(axis[2],axis[3],int((axis[3]-axis[2])*100)).reshape(-1,1))x_new=np.c_[x0.ravel(),x1.ravel()]y_predict=model.predict(x_new)zz=y_predict.reshape(x0.shape)custom_cmap=ListedColormap(['#EF9A9A','#FFF59D','#90CAF9'])plt.contourf(x0,x1,zz,linewidth=5,cmap=custom_cmap)w = model.coef_[0]b = model.intercept_[0]plot_x = np.linspace(axis[0],axis[1],200)up_y = -w[0]/w[1]*plot_x - b/w[1] + 1/w[1]down_y = -w[0]/w[1]*plot_x - b/w[1] - 1/w[1]up_index = (up_y>=axis[2]) & (up_y<=axis[3])down_index = (down_y>=axis[2]) & (down_y<=axis[3])plt.plot(plot_x[up_index],up_y[up_index],c='black')plt.plot(plot_x[down_index],down_y[down_index],c='black')warnings.filterwarnings("ignore")data = load_iris()x = data.datay = data.targetx = x[y<2,:2]y = y[y<2]scaler = StandardScaler()scaler.fit(x)x = scaler.transform(x)svc = LinearSVC(C=1e9)svc.fit(x,y)plot_decision_boundary(svc,axis=[-3,3,-3,3])plt.scatter(x[y==0,0],x[y==0,1],c='r')plt.scatter(x[y==1,0],x[y==1,1],c='b')plt.show()输出结果:2、⾮线性-多项式特征import numpy as npfrom sklearn import datasetsimport matplotlib.pyplot as pltfrom sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures,StandardScaler from sklearn.svm import LinearSVCfrom sklearn.pipeline import Pipelinefrom matplotlib.colors import ListedColormapimport warningsdef plot_decision_boundary(model,axis):x0,x1=np.meshgrid(np.linspace(axis[0],axis[1],int((axis[1]-axis[0])*100)).reshape(-1,1), np.linspace(axis[2],axis[3],int((axis[3]-axis[2])*100)).reshape(-1,1) )x_new=np.c_[x0.ravel(),x1.ravel()]y_predict=model.predict(x_new)zz=y_predict.reshape(x0.shape)custom_cmap=ListedColormap(['#EF9A9A','#FFF59D','#90CAF9']) plt.contourf(x0,x1,zz,linewidth=5,cmap=custom_cmap)def PolynomialSVC(degree,C=1.0):return Pipeline([('poly',PolynomialFeatures(degree=degree)),('std_scaler',StandardScaler()),('linearSVC',LinearSVC(C=1e9))])warnings.filterwarnings("ignore")poly_svc = PolynomialSVC(degree=3)X,y = datasets.make_moons(noise=0.15,random_state=666)poly_svc.fit(X,y)plot_decision_boundary(poly_svc,axis=[-1.5,2.5,-1.0,1.5])plt.scatter(X[y==0,0],X[y==0,1],c='red')plt.scatter(X[y==1,0],X[y==1,1],c='blue')plt.show()输出结果:3、⾮线性-核⽅法from sklearn.preprocessing import StandardScalerfrom sklearn.svm import SVCfrom sklearn.pipeline import Pipelinefrom sklearn import datasetsfrom matplotlib.colors import ListedColormapimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltimport warningsdef plot_decision_boundary(model,axis):x0,x1=np.meshgrid(np.linspace(axis[0],axis[1],int((axis[1]-axis[0])*100)).reshape(-1,1), np.linspace(axis[2],axis[3],int((axis[3]-axis[2])*100)).reshape(-1,1) )x_new=np.c_[x0.ravel(),x1.ravel()]y_predict=model.predict(x_new)zz=y_predict.reshape(x0.shape)custom_cmap=ListedColormap(['#EF9A9A','#FFF59D','#90CAF9']) plt.contourf(x0,x1,zz,linewidth=5,cmap=custom_cmap)def RBFKernelSVC(gamma=1.0):return Pipeline([('std_scaler',StandardScaler()),('svc',SVC(kernel='rbf',gamma=gamma))])warnings.filterwarnings("ignore")X,y = datasets.make_moons(noise=0.15,random_state=666)svc = RBFKernelSVC(gamma=100)svc.fit(X,y)plot_decision_boundary(svc,axis=[-1.5,2.5,-1.0,1.5])plt.scatter(X[y==0,0],X[y==0,1],c='red')plt.scatter(X[y==1,0],X[y==1,1],c='blue')plt.show()输出结果:。

机器学习【六】支持向量机SVM——专治线性不可分

机器学习【六】支持向量机SVM——专治线性不可分

机器学习【六】⽀持向量机SVM——专治线性不可分SVM原理线性可分与线性不可分线性可分线性不可分-------【⽆论⽤哪条直线都⽆法将⼥⽣情绪正确分类】SVM的核函数可以帮助我们:假设‘开⼼’是轻飘飘的,“不开⼼”是沉重的将三维视图还原成⼆维:刚利⽤“开⼼”“不开⼼”的重量差实现将⼆维数据变成三维的过程,称为将数据投射⾄⾼维空间,这正是核函数的功能在SVM中,⽤的最普遍的两种把数据投射到⾼维空间的⽅法分别是多项式内核、径向基内核(RFB)多项式内核:通过把样本原始特征进⾏乘⽅来把数据投射到⾼维空间【如特征1^2,特征2^3,特征3^5......】RBF:⼜称⾼斯内核⽀持向量机的SVM核函数⽤图形直观了解:#导⼊numpyimport numpy as np#导⼊画图⼯具import matplotlib.pyplot as plt#导⼊⽀持向量机SVMfrom sklearn import svm#导⼊数据集⽣成⼯具from sklearn.datasets import make_blobs#先创建50个数据点,让它们分成两类X,y = make_blobs(n_samples=50,centers=2,random_state = 6)#创建⼀个线性内核的⽀持向量机模型clf = svm.SVC(kernel = 'linear',C=1000)clf.fit(X,y)#把数据点画出来plt.scatter(X[:,0],X[:,1],c=y,s=30,cmap=plt.cm.Paired)#建⽴图像坐标ax = plt.gca()xlim = ax.get_xlim()ylim = ax.get_ylim()#⽣成两个等差数列xx = np.linspace(xlim[0],xlim[1],30)yy = np.linspace(ylim[0],ylim[1],30)YY,XX = np.meshgrid(yy,xx)xy = np.vstack([XX.ravel(),YY.ravel()]).TZ = clf.decision_function(xy).reshape(XX.shape)#把分类的边界画出来ax.contour(XX,YY,Z,colors='k',levels=[-1,0,1],alpha=0.5,linestyles=['--','-','--'])ax.scatter(clf.support_vectors_[:,0],clf.support_vectors_[:,1],s=100,linewidth=1,facecolors='none')plt.show()——线性内核的SVM分类器【结果分析】:在分类器两侧有两条虚线,正好压在虚线上的数据点,即⽀持向量本例所使⽤的⽅法称为“最⼤边界间隔超平⾯”指,实线【在⾼维数据中是⼀个超平⾯】和所有⽀持向量的距离都是最⼤的把SVM的内核换成RBF:#创建⼀个RBF内核的⽀持向量机模型clf_rbf = svm.SVC(kernel='rbf',C=1000)clf_rbf.fit(X,y)#把数据点画出来plt.scatter(X[:,0],X[:,1],c=y,s=30,cmap=plt.cm.Paired)#建⽴图像坐标ax = plt.gca()xlim = ax.get_xlim()ylim = ax.get_ylim()#⽣成两个等差数列xx = np.linspace(xlim[0],xlim[1],30)yy = np.linspace(ylim[0],ylim[1],30)YY,XX = np.meshgrid(yy,xx)xy = np.vstack([XX.ravel(),YY.ravel()]).TZ = clf_rbf.decision_function(xy).reshape(XX.shape)#把分类的边界画出来ax.contour(XX,YY,Z,colors='k',levels=[-1,0,1],alpha=0.5,linestyles=['--','-','--'])ax.scatter(clf_rbf.support_vectors_[:,0],clf_rbf.support_vectors_[:,1],s=100,linewidth=1,facecolors='none')plt.show()——RBF内核的SVM分类器【结果分析】:使⽤RBF内核时,数据点距离计算是⽤如下公式计算的:SVM的核函数和参数选择1.不同核函数的SVM对⽐线性模型中提到过,linearSVM算法,就是⼀种使⽤了线性内核的SVM算法,不过linearSVM不⽀持对核函数进⾏修改【默认只能使⽤线性内核】直观体验不同内核的SVM算法在分类中的不同表现:#导⼊红酒数据集from sklearn.datasets import load_wine#定义⼀个函数来画图def make_meshgrid(x,y,h=.02):x_min,x_max = x.min() -1,x.max() +1y_min,y_max = y.min() -1,y.max() +1xx,yy = np.meshgrid(np.arange(x_min,x_max,h),np.arange(y_min,y_max,h))return xx,yy#定义⼀个绘制等⾼线的函数def plot_contours(ax,clf,xx,yy, **params):Z = clf.predict(np.c_[xx.ravel(),yy.ravel()])Z = Z.reshape(xx.shape)out = ax.contourf(xx,yy,Z, **params)return out#使⽤酒的数据集wine = load_wine()#选取数据集的前两个特征X = wine.data[:,:2]y = wine.targetC = 1.0 #SVM的正则化参数models =(svm.SVC(kernel='linear',C=C),svm.LinearSVC(C=C),svm.SVC(kernel='rbf',gamma=0.7,C=C),svm.SVC(kernel='poly',degree=3,C=C)) models = (clf.fit(X,y) for clf in models)#设定图题titles = ('SVC with linear kernal','LinearSVC (linear kernal)','SVC with RBF kernal','SVC with polynomial (degree 3) kernal')#设定⼀个⼦图形的个数和排列⽅式fig,sub = plt.subplots(2,2)plt.subplots_adjust(wspace=0.4,hspace=0.4)#使⽤前⾯定义的函数进⾏画图X0,X1 = X[:,0],X[:,1]xx,yy = make_meshgrid(X0,X1)for clf,title,ax in zip(models,titles,sub.flatten()):plot_contours(ax,clf,xx,yy,cmap=plt.cm.plasma,alpha=0.8)ax.scatter(X0,X1,c=y,cmap=plt.cm.plasma,s=20,edgecolors='k')ax.set_xlim(xx.min(),xx.max())ax.set_ylim(yy.min(),yy.max())ax.set_xlabel("Feature 0")ax.set_ylabel("Feature 1")ax.set_xticks(())ax.set_yticks(())ax.set_title(title)plt.show()【结果分析】:线性内核的SVC与linearSVC得到的结果近似,但仍然有⼀点差别——原因是linearSVC对L2范数进⾏最⼩化,⽽线性内核的SVC是对L1进⾏最⼩化⽆论如何,线性内核的SVC和linearSVC⽣成的决定边界都是线性的【在更⾼维数据集中将会是相交的超平⾯】RBF内核的SVC和polynomial内核的SVC分类器的决定边界则完全不是线性的,更加弹性决定他们边界形状的是参数:polynomial内核的SVC分类器degree和正则化参数C【本例中degree=3,即对原始数据集的特征乘3次⽅操作】RBF内核的SVCgamma和正则化参数CRBF内核SVC的gamma参数调节C = 1.0 #SVM的正则化参数models = (svm.SVC(kernel='rbf',gamma=0.1,C=C),svm.SVC(kernel='rbf',gamma=1,C=C),svm.SVC(kernel='rbf',gamma=10,C=C)) models = (clf.fit(X,y) for clf in models)#设定图题titles = ('gamma=0.1','gamma=1','gamma=10')#设置⼦图形个数和排列flg,sub = plt.subplots(1,3,figsize=(10,3))#使⽤前⾯定义的函数进⾏画图X0,X1 = X[:,0],X[:,1]xx,yy = make_meshgrid(X0,X1)for clf,title,ax in zip(models,titles,sub.flatten()):plot_contours(ax,clf,xx,yy,cmap=plt.cm.plasma,alpha=0.8)ax.scatter(X0,X1,c=y,cmap=plt.cm.plasma,s=20,edgecolors='k')ax.set_xlim(xx.min(),xx.max())ax.set_ylim(yy.min(),yy.max())ax.set_xlabel("Feature 0")ax.set_ylabel("Feature 1")ax.set_xticks(())ax.set_yticks(())ax.set_title(title)plt.show()【结果分析】:gamma值越⼩,RBF内核的直径越⼤——> 有更多的点被模型圈进决定边界中——> 边界越圆滑gamma越⼩,模型倾向于⽋拟合gamma越⼤,模型倾向于过拟合正则化参数C,可以见线性模型⼀章C越⼩,模型越受限【单个数据对模型的影响越⼩】,模型越简单C越⼤,每个数据点对模型的影响越⼤,模型越复杂SVM优点可应对⾼维数据集和低维数据集即使数据集中样本特征的测度都⽐较接近,如图像识别领域,以及样本特征数和样本数⽐较接近的时候,都游刃有余SVM缺点当数据集中特征数量在1万以内,SVM可以驾驭,但数量⼤于10万,就⾮常占内存和耗费时间对数据预处理和参数调节要求很⾼【注意】SVM中3个参数⾮常重要:1. 核函数的选择2. 核函数的参数【如RBF的gamma】3. 正则化参数CRBF内核的gamma值是⽤来调节内核宽度的,gamma值和C值⼀起控制模型的复杂度,数值越⼤,模型越复杂【实际中,⼀起调节,才能达到最好的效果】实战SVM在回归分析中的应⽤——波⼠顿房价数据集1.了解数据集#导⼊波⼠顿房价from sklearn.datasets import load_bostonboston = load_boston()#打印键print(boston.keys())#打印数据集中的短描述print(boston['DESCR'])【⼀部分】【结果分析】数据集共有506个样本,每个样本有13个特征变量,后⾯还有⼀个叫做中位数的第14个变量【这变量就是该数据集中的target】2.通过SVR算法建⽴房价预测模型#导⼊数据集拆分⼯具from sklearn.model_selection import train_test_split#建⽴数据集和测试集X,y = boston.data,boston.targetX_train,X_test,y_train,y_test = train_test_split(X,y,random_state=8)#打印训练集和测试集的形态print(X_train.shape)print(X_test.shape)⽤SVR建模#导⼊⽀持向量回归模型from sklearn.svm import SVR#分别测试linear核函数和rbf核函数for kernel in ['linear','rbf']: svr = SVR(kernel=kernel) svr.fit(X_train,y_train) print(kernel,'核函数模型训练集得分:',svr.score(X_train,y_train)) print(kernel,'核函数模型测试集得分:',svr.score(X_test,y_test))SVM算法对数据预处理的要求较⼤,如果数据特征量级差异较⼤,就需要预处理数据先⽤图形可视化:#将特征数值中的min和max⽤散点图画出来plt.plot(X.min(axis=0),'v',label='min')plt.plot(X.max(axis=0),'^',label='max')#设定纵坐标为对数形式plt.yscale('log')#设定图注位置最佳plt.legend(loc='best')plt.xlabel('features')plt.ylabel('feature magnitude')plt.show()显然,量级差异较⼤预处理:#导⼊数据预处理⼯具from sklearn.preprocessing import StandardScaler#预处理scaler = StandardScaler()scaler.fit(X_train)X_train_scaled = scaler.transform(X_train)X_test_scaled = scaler.transform(X_test)#将预处理后的数据特征的max和min⽤散点图表⽰出来plt.plot(X_train_scaled.min(axis=0),'v',label='train set min')plt.plot(X_train_scaled.max(axis=0),'^',label='train set max')plt.plot(X_test_scaled.min(axis=0),'v',label='test set min')plt.plot(X_test_scaled.max(axis=0),'^',label='test set max')#设置图注位置plt.legend(loc='best')plt.xlabel('scaled features')plt.ylabel('scaled feature magnitude')plt.show()【结果分析】经过预处理,⽆论训练集还是测试集,所有特征的最⼤值不会超过10,最⼩值趋近0,以⾄图中看不到⽤预处理的数据训练模型:#使⽤预处理后的数据重新训练模型for kernel in ['linear','rbf']:svr = SVR(kernel=kernel)svr.fit(X_train_scaled,y_train)print(kernel,'训练集得分:',svr.score(X_train_scaled,y_train))print(kernel,'测试集得分:',svr.score(X_test_scaled,y_test))进⼀步调整参数#设置模型的C参数和gamma参数svr = SVR(C=100,gamma=0.1)svr.fit(X_train_scaled,y_train)print('训练集得分:',svr.score(X_train_scaled,y_train))print('测试集得分:',svr.score(X_test_scaled,y_test))。

机器学习入门教程

机器学习入门教程

机器学习入门教程简介机器学习是一种人工智能(AI)领域的技术,它使计算机能够从数据中自动学习并改进性能,而不需要明确编程。

本教程旨在介绍机器学习的基础知识和常见的算法,以帮助初学者快速入门。

目录1.什么是机器学习2.机器学习的应用领域3.常见的机器学习算法•监督学习算法–线性回归–逻辑回归–决策树–支持向量机•无监督学习算法–K均值聚类–主成分分析(PCA)–关联规则挖掘(Apriori算法)4.数据预处理•数据清洗•特征选择和提取•数据转换和标准化5.模型评估与选择6.模型调优与参数优化7.实践案例展示什么是机器学习机器学习是一种通过对数据进行统计分析和模式识别来让计算机自动进行决策或预测的技术。

它基于数学和统计原理,利用算法和模型来让计算机从数据中学习,提取规律并应用于新的数据。

机器学习的应用领域机器学习已经广泛应用于各个领域,包括但不限于以下几个方面:•自然语言处理(NLP)•图像识别与处理•推荐系统•声音和语音识别•金融风控与欺诈检测•医疗诊断与预测•智能交通系统•智能物流和供应链管理常见的机器学习算法监督学习算法监督学习是一种通过已有的输入输出数据来训练模型,并利用该模型对未知数据进行预测或分类的方法。

线性回归线性回归是一种常见的监督学习算法,适用于对连续数值进行预测。

它建立了一个线性关系模型,通过最小化残差平方和来找到最优解。

逻辑回归逻辑回归是一种二分类问题的监督学习算法。

它通过将线性回归模型结合Sigmoid函数的输出进行转换,将连续值映射到概率范围内(0到1之间)。

决策树决策树是一种基于树状结构的分类算法,通过学习从特征到目标值的映射关系来进行预测。

它可以处理离散和连续型数据,并且易于解释和理解。

支持向量机支持向量机(SVM)是一种常用的监督学习算法,在二分类和多分类问题中都有良好的表现。

它通过在高维空间中找出最优分隔超平面来进行分类。

无监督学习算法无监督学习是一种通过对未标记数据的分析、挖掘和模式识别来进行模型训练的方法。

机器学习及其相关算法简介

机器学习及其相关算法简介

机器学习及其相关算法简介机器学习主要有三个核心要素:数据、模型和算法。

数据是机器学习的基础,模型是通过训练从数据中学习到的表示,算法是用来训练模型和进行预测的方法。

机器学习的算法可以分为监督学习、无监督学习和强化学习三大类。

监督学习(Supervised Learning)是通过已标注的训练数据来训练模型。

训练数据包括输入数据和对应的输出结果,模型通过分析数据的特征和输出结果之间的关系,学习到一个可以将新的输入数据映射为输出结果的函数。

常见的监督学习算法包括线性回归、逻辑回归、支持向量机(SVM)和决策树等。

无监督学习(Unsupervised Learning)是没有标注的训练数据,模型通过分析数据的特征和结构之间的关系,发现其中的模式和规律。

无监督学习可以用来进行聚类、关联规则挖掘和降维等任务。

常见的无监督学习算法包括聚类算法(如K均值算法和层次聚类)和关联规则挖掘算法(如Apriori算法)等。

强化学习(Reinforcement Learning)是通过与环境的交互来学习如何在一个动态环境中做出决策。

强化学习中,模型通过试错的方式与环境进行交互,并根据得到的奖励信号来根据当前状态选择动作。

强化学习可以应用于自动驾驶、游戏智能和机器人控制等领域。

常见的强化学习算法包括Q-learning和Deep Q-Network(DQN)等。

除了以上的三类算法,还有其他的一些常见的机器学习算法,例如:主成分分析(PCA)、朴素贝叶斯、随机森林和深度学习等。

主成分分析(PCA)是一种常用的降维算法,它通过线性变换将高维数据映射到低维空间,保留了原始数据的主要信息。

朴素贝叶斯算法是一种基于贝叶斯定理的分类算法,它假设特征之间相互独立,根据特征出现的概率来进行分类。

随机森林是一种集成学习算法,它通过随机选择特征和子样本,构建多个决策树,并将它们的结果合并来做出决策。

深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法,它通过多层神经网络来学习和表示复杂的模式和结构。

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SVM deeper
• ‘claim’ some results if details unnecessary
—like how we ‘claimed’ Hoeffding
‘Equivalent’ SVM: based on some dual problem of Original SVM
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE) Machine Learning Techniques 3/23
National Taiwan University (國立台灣大學資訊工程系)
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE)
Machine Learning Techniques
0/23
Dual Support Vector Machine
Roadmap
1
Embedding Numerous Features: Kernel Models
• demanded: not many (large-margin), but sophisticated
boundary (feature transform) ˜ + 1 variables and N constraints • QP with d ˜ large, or infinite?! :-) —challenging if d
• any ‘violating’ (b , w): max • any ‘feasible’ (b , w): max
+ +
n n
αn (some positive) → ∞
all αn ≥0
αn (all non-positive) =
constraints now hidden in max
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE) Machine Learning Techniques 5/23
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Dual Support Vector Machine
Motivation of Dual SVM
Non-Linear Support Vector Machine Revisited
Non-Linear Hard-Margin SVM
min
b ,w 1 T 2w w 1
Q=
s. t.
yn (wT zn + b) ≥ 1,
Φ(xn )
aT n = yn
2 3
0 0d ˜
0T ˜ d ; p = 0d ˜ +1 ; Id ˜ 1 zT n ; cn = 1
for n = 1, 2, . . . , N
b w
← QP(Q, p, A, c)
˜
return b ∈ R & w ∈ Rd with gSVM (x) = sign(wT Φ(x) + b)
max L(b, w, α)

all αn ≥0
max
min L(b, w, α)
b ,w Lagrange dual
equiv. to original (primal) SVM
• ‘≥’: weak duality
• ‘=’: strong duality, true for QP if
• convex primal • feasible primal (true if Φ-separable) • linear constraints
≥ min L(b, w, α )
b ,w
because max ≥ any for best α ≥ 0 on RHS, min
b ,w all αn ≥0
max L(b, w, α)

all αn ≥0 b,w
max min L(b, w, α )
Lagrange dual problem because best is one of any Lagrange dual problem: ‘outer’ maximization of α on lower bound of original problem

Regularization by Minimizing Eaug
min Eaug (w) = Ein (w) +
w
λ T w w N
• C equivalent to some λ ≥ 0 by checking optimality condition
∇Ein (w) + solve ‘easily’
2 3
Combining Predictive Features: Aggregation Models Distilling Implicit Features: Extraction Models
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE)
Machine Learning Techniques
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE) Machine Learning Techniques 7/23
Dual Support Vector Machine
Lagrange Dual SVM
Strong Duality of Quadratic Programming
min
b ,w
all αn ≥0
Lecture 1: Linear Support Vector Machine
linear SVM: more robust and solvable with quadratic programming
Lecture 2: Dual Support Vector Machine
Motivation of Dual SVM Lagrange Dual SVM Solving Dual SVM Messages behind Dual SVM
Machine Learning Techniques (機器學習技法)
Lecture 2: Dual Support Vector Machine Hsuan-Tien Lin (林軒田) htlin@.tw
Department of Computer Science & Information Engineering
1 2 3 4 1 T 2w w 1 T 2w w 1 T 2w w 1 T 2w w
+ α1 (1 + wT z + b) + α2 (1 + wT z + b) + α1 (1 − wT z − b) + α2 (1 − wT z + b) + α1 (1 + wT z + b) + α2 (1 + wT z − b) + α1 (1 − wT z − b) + α2 (1 − wT z − b)
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE)
Dual Support Vector Machine
Lagrange Dual SVM
Lagrange Dual Problem
for any fixed α with all αn ≥ 0, min
b ,w all αn ≥0
max L(b, w, α)
Dual Support Vector Machine
Hale Waihona Puke Motivation of Dual SVM
Key Tool: Lagrange Multipliers
Regularization by Constrained-Minimizing Ein
min Ein (w) s.t. wT w ≤ C
w
1 2 3 4 1 T 2w w 1 T 2w w 1 T 2w w 1 T 2w w
+ α1 (1 + wT z + b) + α2 (1 + wT z + b) + α1 (1 − wT z − b) + α2 (1 − wT z + b) + α1 (1 + wT z + b) + α2 (1 + wT z − b) + α1 (1 − wT z − b) + α2 (1 − wT z − b)
s.t.
for n = 1, 2, . . . , N
yn (wT zn + b) ≥ 1,
αn (1 − yn (wT zn + b))
constraint
Claim
SVM ≡ min
b ,w all αn ≥0
max L(b, w, α)
all αn ≥0
T = min ∞ if violate ; 1 2 w w if feasible b ,w
how many λ’s as variables? N —one per constraint
Hsuan-Tien Lin (NTU CSIE) Machine Learning Techniques 4/23
Dual Support Vector Machine
Motivation of Dual SVM
Dual Support Vector Machine
Motivation of Dual SVM
Fun Time
Consider two transformed examples (z1 , +1) and (z2 , −1) with z1 = z and z2 = −z. What is the Lagrange function L(b, w, α) of hard-margin SVM?
—called constraint qualification exists primal-dual optimal solution (b, w, α) for both sides
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