20.ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析
支持向量机算法的原理和应用
支持向量机算法的原理和应用支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是一种基于统计学习理论的机器学习算法，它可以在数据集中找到一个最优超平面，将不同类别的样本分割开来。
在分类问题中，SVM通过构建一个超平面来对不同类别的样本进行分类；在回归问题中，SVM可以用来拟合非线性关系的数据。
SVM的核心思想是最大化间隔，即找到一个能够将不同类别的样本分隔开的超平面，使得两侧最近的样本点到超平面的距离最大。
这些最近的样本点被称为支持向量，它们决定了最终划分超平面的位置。
SVM的基本原理可以分为以下几个步骤：1.数据准备：首先需要对数据进行预处理，包括数据清洗、归一化、特征提取等。
2.特征选择：选择与分类问题相关的特征。
3.模型构建：构建SVM模型，选择适当的核函数、设置参数。
4.模型训练：使用已标记的训练样本进行模型训练，找到最佳的超平面。
5.模型预测：用训练好的模型对新样本进行预测，即将新样本进行分类。
SVM算法的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1.二分类问题：SVM在二分类问题中表现出色，特别适用于具有较大类别间距离且样本数目较少的情况。
例如，在垃圾邮件分类中，SVM可以将垃圾邮件和正常邮件进行有效地区分。
2.多分类问题：通过将多个二分类器组合起来，SVM可以用于解决多分类问题。
例如，在手写数字识别中，可以使用SVM对不同的数字进行分类。
3.异常检测：SVM可以用于异常检测，通过将异常样本与正常样本分开。
例如，在网络入侵检测中，SVM可以帮助识别潜在的入侵行为。
4.文本分类：SVM在文本分类问题中也有广泛的应用。
例如，在垃圾短信识别中，可以使用SVM对短信进行分类。
5.图像识别：SVM在图像识别问题中有很好的表现。
例如，在人脸识别中，可以使用SVM对不同人脸进行分类。
除了以上几个应用领域，SVM还可以应用于生物信息学、计算机视觉、自然语言处理等问题的解决。
尽管SVM算法在许多问题中都表现出色，但也存在一些限制。
支持向量机（SVM）原理详解
⽀持向量机（SVM）原理详解SVM简介 ⽀持向量机（support vector machines, SVM）是⼀种⼆分类模型，它的基本模型是定义在特征空间上的间隔最⼤的线性分类器，间隔最⼤使它有别于感知机；SVM还包括核技巧，这使它成为实质上的⾮线性分类器。
SVM的的学习策略就是间隔最⼤化，可形式化为⼀个求解凸⼆次规划的问题，也等价于正则化的合页损失函数的最⼩化问题。
SVM的的学习算法就是求解凸⼆次规划的最优化算法。
⼀、⽀持向量与超平⾯在了解svm算法之前，我们⾸先需要了解⼀下线性分类器这个概念。
⽐如给定⼀系列的数据样本，每个样本都有对应的⼀个标签。
为了使得描述更加直观，我们采⽤⼆维平⾯进⾏解释，⾼维空间原理也是⼀样。
举个简单⼦：如下图所⽰是⼀个⼆维平⾯，平⾯上有两类不同的数据，分别⽤圆圈和⽅块表⽰。
我们可以很简单地找到⼀条直线使得两类数据正好能够完全分开。
但是能将据点完全划开直线不⽌⼀条，那么在如此众多的直线中我们应该选择哪⼀条呢？从直观感觉上看图中的⼏条直线，是不是要更好⼀些呢？是的，我们就是希望寻找到这样的直线，使得距离这条直线最近的点到这条直线的距离最短。
这读起来有些拗⼝，我们从如下右图直观来解释这⼀句话就是要求的两条外⾯的线之间的间隔最⼤。
这是可以理解的，因为假如数据样本是随机出现的，那么这样分割之后数据点落⼊到其类别⼀侧的概率越⾼那么最终预测的准确率也会越⾼。
在⾼维空间中这样的直线称之为超平⾯，因为当维数⼤于三的时候我们已经⽆法想象出这个平⾯的具体样⼦。
那些距离这个超平⾯最近的点就是所谓⽀持向量，实际上如果确定了⽀持向量也就确定了这个超平⾯，找到这些⽀持向量之后其他样本就不会起作⽤了。
⼆、SVM算法原理 2.1 点到超平⾯的距离公式既然这样的直线是存在的，那么我们怎样寻找出这样的直线呢？与⼆维空间类似，超平⾯的⽅程也可以写成⼀下形式：（1） 有了超平⾯的表达式之后之后，我们就可以计算样本点到平⾯的距离了。
支持向量机原理与应用
支持向量机原理与应用支持向量机是一种广泛应用于分类和回归问题的机器学习算法，其基本思想是通过寻找最优超平面将数据分成两类。
在这篇文章中，我们将深入探讨支持向量机的原理和应用。
一、支持向量机的原理支持向量机通过最大化间隔超平面来分类数据。
间隔是定义为支持向量（也就是最靠近分类边界的数据点）之间的距离。
因此，我们的目标是找到一个最优的超平面使得此间隔最大。
在二维空间中，最大间隔超平面是一条直线。
在高维空间中，最大间隔超平面是一个超平面。
这个超平面定义为：w\cdot x-b=0其中，w是一个向量，x是样本空间中的向量，b是偏差。
支持向量机的目标是找到一个可以将训练样本分成两个类别的最大间隔超平面，并且使得间隔为M（M是最大间隔）。
二、支持向量机的应用支持向量机是一种广泛应用于分类和回归问题的机器学习算法。
这里我们将讨论支持向量机在分类问题中的应用。
1. 图像分类支持向量机在图像分类中的应用非常广泛。
通过将图像转换为特征向量，可以用支持向量机实现图像分类。
支持向量机特别适用于图像分类，因为它可以处理高维特征空间。
2. 自然语言处理支持向量机可以通过文本分类实现在自然语言处理中的应用。
支持向量机可以学习在给定文本语料库中的所有文档的特定类别的模式（如“金融”或“体育”）。
3. 生物信息学支持向量机在生物信息学中的应用非常广泛。
生物信息学家可以使用支持向量机分类DNA，RNA和蛋白质序列。
4. 金融支持向量机在金融中的应用也很广泛。
通过识别是否存在欺诈行为，可以使用支持向量机实现信用评估。
三、总结在这篇文章中，我们深入探讨了支持向量机的原理和应用。
通过理解支持向量机的原理，我们可以更好地了解如何使用它解决分类问题。
在应用方面，支持向量机广泛应用于各种领域，包括图像分类、自然语言处理、生物信息学和金融等。
因此，支持向量机是一种非常有用的机器学习算法，对于了解它的原理和应用非常重要。
支持向量机原理及应用
支持向量机原理及应用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是机器学习中一种强大的分类和回归方法。
它的原理是通过将数据映射到高维空间中，找到一个最优的超平面来实现分类或回归任务。
SVM在许多领域都有广泛的应用，例如图像分类、文本分类、生物信息学和金融等。
SVM的核心思想是找到一个能够最大化分类边界的超平面。
超平面是一个能够将分类样本分开的线性空间。
SVM通过将输入样本映射到高维空间中，使得线性可分问题变为了线性可分的问题。
在高维空间中，SVM选择一个能够最大化样本间距的超平面，这就是SVM的原理之一SVM的另一个重要原理是核技巧。
在非线性可分问题中，SVM使用核函数将数据映射到高维空间中，通过在高维空间中找到一个超平面来实现分类。
核函数可以将原始空间中的非线性问题转化为高维空间中的线性问题，从而大大提高了SVM的分类准确率。
SVM的应用非常广泛，其中最经典的应用之一是图像分类。
图像分类是指根据图像的内容将其归入特定的类别。
SVM可以利用其强大的分类能力来将图像分为属于不同类别的准确性高。
在图像分类中，SVM通常使用特征向量作为输入来训练模型，然后使用该模型将新的图像分类为预定义的类别。
SVM在文本分类中也有广泛的应用。
文本分类是指将文本归类为不同的类别，例如将电子邮件分类为垃圾邮件或非垃圾邮件。
SVM可以利用其在高维空间中找到超平面的能力，找出文字特征与类别之间的关系，从而实现文本分类。
SVM在文本分类中的应用有助于提高准确性和效率，特别是在大规模数据集上。
此外，SVM还在生物信息学中发挥重要作用。
生物信息学包括生物学、计算机科学和统计学等领域，用于研究和解释生物学数据。
SVM可以用于分析和预测生物学数据，如基因表达数据和蛋白质序列。
SVM在生物信息学中的应用有助于揭示生物学的内在规律，提高疾病诊断和治疗方法的准确性。
此外，SVM还被广泛应用于金融领域。
金融领域需要对股票市场、外汇市场和其他金融市场进行预测和分析。
支持向量机PPT课件
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REPORTING
2023
目录
• 支持向量机概述 • 支持向量机的基本原理 • 支持向量机的实现步骤 • 支持向量机的应用案例 • 支持向量机的未来发展与挑战 • 总结与展望
2023
PART 01
支持向量机概述
REPORTING
详细描述
传统的支持向量机通常是针对单个任务进行训练和预测，但在实际应用中，经常需要处理多个相关任务。多任务 学习和迁移学习技术可以通过共享特征或知识，使得支持向量机能够更好地适应多个任务，提高模型的泛化性能。
深度学习与神经网络的结合
总结词
将支持向量机与深度学习或神经网络相结合，可以发挥各自的优势，提高模型的性能和鲁棒性。
模型训练
使用训练集对支持向量机模型进行训练。
参数调整
根据验证集的性能指标，调整模型参数，如惩罚因子C和核函数类 型等。
模型优化
采用交叉验证、网格搜索等技术对模型进行优化，提高模型性能。
模型评估与调整
性能评估
使用测试集对模型进行 评估，计算准确率、召 回率、F1值等指标。
模型对比
将支持向量机与其他分 类器进行对比，评估其 性能优劣。
模型调整
根据评估结果，对模型 进行调整，如更换核函 数、调整参数等，以提 高性能。
2023
PART 04
支持向量机的应用案例
REPORTING
文本分类
总结词
利用支持向量机对文本数据进行分类 ，实现文本信息的有效管理。
详细描述
支持向量机在文本分类中发挥了重要 作用，通过对文本内容的特征提取和 分类，能够实现新闻分类、垃圾邮件 过滤、情感分析等应用。
支持向量机在遥感影像分类中的实际应用案例
支持向量机在遥感影像分类中的实际应用案例支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是一种常用的机器学习算法，广泛应用于遥感影像分类中。
遥感影像分类是指将遥感影像中的像素分为不同的类别，例如水体、森林、建筑等。
SVM通过找到一个最优的超平面来实现分类，其在遥感影像分类中的实际应用案例丰富多样。
首先，SVM在土地利用/覆盖分类中具有重要的应用价值。
土地利用/覆盖分类是指对遥感影像中的土地利用类型进行分类，包括农田、草地、城市等。
SVM可以通过学习样本的特征和类别标签，建立一个分类模型，然后将该模型应用于整个遥感影像，实现对不同土地利用类型的准确分类。
这种方法具有较高的分类精度和鲁棒性，可以为城市规划、环境保护等领域提供重要的参考依据。
其次，SVM在植被覆盖分类中也有广泛的应用。
植被覆盖分类是指对遥感影像中的植被类型进行分类，例如森林、草地、农田等。
SVM可以通过学习样本的光谱、纹理和形状等特征，建立一个植被分类模型。
然后，将该模型应用于整个遥感影像，实现对不同植被类型的准确分类。
这种方法可以帮助生态学家、农业科学家等研究人员了解植被分布和变化情况，为生态保护和农业生产提供支持。
此外，SVM还可以应用于土地退化监测和评估。
土地退化是指土地质量下降的过程，包括水土流失、沙化、盐碱化等。
SVM可以通过学习样本的土地属性和土地退化程度，建立一个土地退化分类模型。
然后，将该模型应用于遥感影像，实现对土地退化程度的准确评估和监测。
这种方法可以帮助政府和农民了解土地退化的状况，采取相应的措施进行土地保护和恢复。
除了上述应用案例，SVM还可以用于城市扩张监测、水资源管理、气候变化研究等领域。
例如，在城市扩张监测中，SVM可以通过学习样本的城市边界和非城市区域特征，建立一个城市扩张分类模型。
然后，将该模型应用于遥感影像，实现对城市扩张的准确监测和预测。
这种方法可以帮助城市规划者和政府了解城市扩张的趋势和影响，制定相应的城市发展策略。
20.ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析
ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析一、支持向量机算法介绍1.支持向量机算法的理论背景支持向量机分类（Support Vector Machine或SVM）是一种建立在统计学习理论（Statistical Learning Theory或SLT）基础上的机器学习方法。
与传统统计学相比，统计学习理论（SLT）是一种专门研究小样本情况下及其学习规律的理论。
该理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的，为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。
它能将许多现有方法纳入其中，有望帮助解决许多原来难以解决的问题，如神经网络结构选择问题、局部极小点问题等；同时，在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法——支持向量机（SVM），已初步表现出很多优于已有方法的性能。
一些学者认为，SLT和SVM正在成为继神经网络研究之后新的研究热点，并将推动机器学习理论和技术的重大发展。
支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC维（VC Dimension）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）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。
支持向量机的几个主要优点有：（1）它是专门针对有限样本情况的，其目标是得到现有信息下的最优解而不仅仅是样本数趋于无穷大时的最优值；（2）算法最终将转化成为一个二次型寻优问题，从理论上说，得到的将是全局最优点，解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题；（3）算法将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间(Feature Space)，在高维空间中构造线性判别函数来实现原空间中的非线性判别函数，特殊性质能保证机器有较好的推广能力，同时它巧妙地解决了维数问题，其算法复杂度与样本维数无关；2.支持向量机算法简介通过学习算法，SVM可以自动寻找那些对分类有较大区分能力的支持向量，由此构造出分类器，可以将类与类之间的间隔最大化，因而有较好的推广性和较高的分类准确率。
如何使用支持向量机算法进行分类
如何使用支持向量机算法进行分类支持向量机（Support Vector Machine，简称SVM）是一种常用的分类算法，适用于二分类和多分类问题。
SVM的基本思想是通过将训练数据映射到高维空间，并在这个空间中找到一个最优的超平面，将不同类别的数据分隔开。
在进行分类时，可以根据新样本点与超平面的关系进行判断。
下面将介绍如何使用支持向量机算法进行分类：1.数据收集和处理2.特征选择和处理对样本的特征进行选择和处理，可以根据实际问题使用不同的特征选择方法，如相关性分析、主成分分析等。
处理过程还可以包括特征缩放、特征降维等操作。
3.创建训练集和测试集将原始数据集划分为训练集和测试集，常见的划分方法有随机划分、交叉验证等，确保训练集和测试集的划分合理，不偏不倚。
4.构建SVM模型使用训练集的特征和目标变量构建SVM模型。
SVM有多种形式，包括线性SVM、非线性SVM等，根据实际问题选择适合的SVM模型。
在构建模型时，需要设置相关参数，如正则化参数C、核函数类型等。
5.模型训练和调优使用训练集的特征和目标变量进行模型训练，并对模型进行调优。
在训练过程中，模型会根据数据的特点调整自身的权重和偏置。
可以通过交叉验证、网格等方法选择最优的参数组合，以提高模型的性能。
6.模型评估使用测试集评估训练好的模型性能。
常用的评估指标包括准确率、召回率、F1值等，在实际应用中可以根据需求选择合适的评估指标。
7.预测和应用使用训练好的SVM模型对新的样本进行预测。
通过将新样本的特征输入到模型中，根据模型训练得到的超平面判断样本所属的类别。
8.模型优化和改进根据实际预测结果，对模型进行优化和改进。
可以尝试修改模型参数、增加特征、调整数据预处理等方式，以提高模型预测的准确性和稳定性。
需要注意的是，SVM算法在处理大规模数据时可能会比较耗时，因此对于大规模数据可以考虑采用特征选择、特征降维等方法来减少特征的维度，以提高算法的效率。
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ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析
一、支持向量机算法介绍
1.支持向量机算法的理论背景
支持向量机分类（Support Vector Machine或SVM）是一种建立在统计学习理论（Statistical Learning Theory或SLT）基础上的机器学习方法。
与传统统计学相比，统计学习理论（SLT）是一种专门研究小样本情况下及其学习规律的理论。
该理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的，为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。
它能将许多现有方法纳入其中，有望帮助解决许多原来难以解决的问题，如神经网络结构选择问题、局部极小点问题等；同时，在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法——支持向量机（SVM），已初步表现出很多优于已有方法的性能。
一些学者认为，SLT和SVM正在成为继神经网络研究之后新的研究热点，并将推动机器学习理论和技术的重大发展。
支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC维（VC Dimension）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）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。
支持向量机的几个主要优点有：
（1）它是专门针对有限样本情况的，其目标是得到现有信息下的最优解而不仅仅是样本数趋于无穷大时的最优值；
（2）算法最终将转化成为一个二次型寻优问题，从理论上说，得到的将是全局最优点，解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题；
（3）算法将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间(Feature Space)，在高维空间中构造线性判别函数来实现原空间中的非线性判别函数，特殊性质能保证机器有较
好的推广能力，同时它巧妙地解决了维数问题，其算法复杂度与样本维数无关；
2.支持向量机算法简介
通过学习算法，SVM可以自动寻找那些对分类有较大区分能力的支持向量，由此构造出分类器，可以将类与类之间的间隔最大化，因而有较好的推广性和较高的分类准确率。
最优分类面（超平面）和支持向量
SVM的主要思想是针对两类分类问题，在高维空间中寻找一个超平面作为两类的分割，以保证最小的分类错误率。
而且SVM一个重要的优点是可以处理线性不可分的情况。
用SVM实现分类，首先是要从原始空间中提取特征，将原始空间中的样本映射为高维特征空间中的一个向量，以解决空间中线性不可分的问题。
3.支持向量机算法的应用现状和前景
目前，SVM算法在模式识别、回归估计、概率密度函数估计等方面都有应用。
例如，在模式识别方面，对于手写数字识别、语音识别、人脸图像识别、文章分类等问题，SVM 算法在精度上已经超过传统的学习算法或与之不相上下。
由于SVM方法较好的理论基础和它在一些领域的应用中表现出来的优秀的推广性能，近年来，许多关于SVM方法的研究，包括算法本身的改进和算法的实际应用，都陆续提了出来。
目前，SVM 方法在分类方面的应用比较多，ENVI4.3首开先河，在其丰富的分类方法中又引入了SVM方法，成为同类遥感软件的领头羊。
二、在ENVI4.3中实现支持向量机分类的操作过程及实例分析
在ENVI4.3中进行支持向量机（SVM）分类操作简单、便于掌握。
“打开待分类的影像-> 选择感兴趣区-> 设置SVM参数-> 进行分类”，分类只需进行这几个简单步骤。
1)打开影像
在ENVI4.3中打开影像。
此测试影像为1200*1200的整型四波段QuickBird数据。
2)在原始影像上手工选取感兴趣区
建筑物（buildings）、裸土（soil）。
3)运用支持向量机（SVM）方法进行分类
在ENVI主菜单下选择Classification > Supervised > Support Vector Machine。
输入待分类的影像，随即弹出“Support Vector Machine Classification Parameters”对话框，用户可以根据自己的实际需要在此对话框中设置分类参数，以达到最优的分类效果。
分类效果如下图所示：
上图为添加了图例的分类结果图，未经过任何分类后处理。
上图为将未经过任何分类后处理的分类结果图与原始影像部分链接显示的结果。
分类效果及评价
1)比较其它分类方法得到的结果
分类采用同一原始影像和相同的感兴趣区（ROIS），比较结果如下图：
原始影像
支持向量机分类结果
最大似然法分类结果
最小距离法分类结果
下图为分类结果相同区域的Zoom 窗口比较：
注：以上分类结果均未进行任何分类后处理。
2) 总结
比较常用的最小距离法、最大似然法分类结果，可以看出支持向量机（SVM ）分类具有以下优点：
● 分类后的类别完整，未经过任何后处理就可以得到比较完整的类别
● 分类准确度高，误分、错分现象相对较少
尽管SVM 算法的性能在许多实际问题的应用中得到了验证，但是该算法在计算上存在着一些问题，包括训练算法速度慢、算法复杂而难以实现以及检测阶段运算量大等等。
经验证，使用SVM 方法进行分类耗时约为一般分类方法的4-5倍（QuickBird2000*8000整型四波段影像耗时约2小时）。
best wishes!
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仰满荣 (Miss Yang) 支持向量机分类结果
最小距离法分类结果 最大似然法分类结果。