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一个支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的对偶算法,主要用于二分类问题。以下是代码的功能和作用的总结:
& @+ {5 G" V7 r- ?3 y' ^7 M3 Z# K+ b# r8 E3 U# ]
### 功能概述:. e* q: s! O6 |! R
. k/ `# ]6 `8 v0 h! I
1. **类初始化 (`__init__` 方法)**:
% J9 s; U, D4 N; g - 接受特征矩阵 `feature` 和标签向量 `label`,并初始化相关参数如样本数量 `N`、拉格朗日乘子 `alpha` 和解的存储列表 `solution`。$ K" Z# y9 D3 A) M, [* l
' L$ E( z% w# E' G1 a2. **计算内积 (`transvection` 方法)**:3 C; }0 f. v& a) e
- 实现了两个向量内积的计算,用于后续的 Gram 矩阵和 SVM 目标函数计算。- N t/ G& y" X, q. U1 X" K4 V
6 N' a% n4 _. y* [- M* [
3. **计算主函数 (`eval_function` 方法)**:
3 ~' E- K! H% n& o3 @' p - 构造 SVM 的优化目标函数,根据拉格朗日乘子和样本标签计算相关项,得到目标函数的表达式。
( D& i, C _. F5 m/ {: B" M( A9 u6 c. O7 n! g" S. z
4. **替换约束条件 (`replace_x` 方法)**:
/ [9 [; u" l1 E - 增加约束条件,即所有拉格朗日乘子的和应等于零。通过求解这一约束来调整优化目标函数。
5 s9 l2 u9 |5 @/ l: v3 `( Q/ p n) [1 |3 b( Z" l
5. **计算导数 (`derivative` 方法)**:$ E' M( G o6 [: y
- 对目标函数进行求导,得到每个拉格朗日乘子的导数,以便后续寻找驻点。9 c4 n H8 K" Z4 X, d
/ a: _: N) h( A, A0 R
6. **边界条件处理 (`boundary` 方法)**:/ Q9 L" K: L0 V6 A" U- A
- 如果边界条件被违反,则通过调整拉格朗日乘子,寻找最小值,并更新解的存储。7 ]# @ p: U0 Z2 d+ l6 T
4 o3 M$ {* J0 n7. **辅助函数 (`replace_model` 方法)**:
$ b' X a% y* J" w2 v Y - 用于处理计算过程中对模型边界的替换,确保正确的计算链。
+ @- O4 \$ g5 [' h! e% o$ y6 ]5 R- c9 [2 E i
8. **获取原始值 (`get_origin` 方法)**:$ j0 [ Q) W3 G* E
- 根据当前求解的结果,构造并解决等式,得到原始的变量值。
. D! I, ?2 U- ^7 @5 ^6 D6 X/ G2 I3 j3 B: _
0 {+ P( k0 G9 b7 f7 }4 N/ |6 d5 t9. **模型训练 (`fit` 方法)**:2 B, |9 S. x1 D0 A7 @3 `
- 依次调用上述方法构建 SVM 模型,优化拉格朗日乘子,计算权重 `w` 和偏置 `b`。4 I6 G- _2 U6 H. l/ i2 s
9 j4 O+ z$ Y1 p+ c: K; \10. **分类预测 (`prediction` 方法)**:( a3 {! d3 |+ L5 f5 |& d O
- 根据得到的权重和偏置,对新的特征进行分类,输出每个样本的预测标签。
5 t2 D% F( [ x6 C
- [1 r8 [# i" S0 |( u2 v# c### 作用与应用:
6 Y, [8 ] t; @8 G' F5 y6 q- r% z) S( L. N/ n) n
- **二分类问题处理**:" K5 a1 q2 j" Z3 J0 w) p3 B! f9 v
- 代码可以用于解决简单的二分类任务,如图像分类、文本分类等,可以适应线性可分和线性不可分的情况。" h6 q& Q! F8 D
2 J" r& p( s/ [
- **机器学习教育用途**:. y* u, T7 o4 T
- 为学习者提供了 SVM 算法的实现示例,帮助深入理解 SVM 的原理和工作流程,特别是对偶优化过程。
) J8 X# Z$ u) M9 w- c- k0 ]) T* }. R4 I* e
- **建模与优化**:
2 t6 R0 f0 a( c - 通过优化拉格朗日乘子,找到最佳的超平面,以最大化类别间的间距,改善分类性能。
7 D& `3 \/ J! D- S, f R; f+ s
- R( x+ x: U7 N" p7 P$ K- F4 M; Q- **自定义扩展**:+ @) w6 m! W, v8 T* ]. b" U9 f) Q
- 代码结构灵活,用户可以在此基础上进行修改和扩展,比如加入核函数以处理非线性可分的数据。# k( T# T) q0 a" Q2 B6 x, {6 @
, {; ^7 ?$ C( O; O. ?- F, n
### 总结:
4 {2 S! l9 j- @# ]0 f* Z这个代码实现了支持向量机的对偶算法,包含从训练到预测的一整套流程,适用于二分类问题,适合学习和实践机器学习中的 SVM 算法。通过该实现,使用者可以探索 SVM 的基本原理及其优化过程。
9 {/ y1 w6 H( Y4 U5 K. w6 ~8 H$ ~" U6 s) E
) t; |* Z/ b3 e1 c- c5 i
( b6 I" S# T" M9 t9 d
[) g- B9 z! }% C$ M
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