附 第七章作业
作业1
题目
给定如下训练数据集
x1=[3 3]y1=1x2=[4 3]y2=1x3=[1 1]y3=−1
通过求解SVM的对偶问题来求解最大间隔的分类超平面
解
首先,对偶问题为:
αmaxs.t.i=1∑Nαi−21i,j=1∑Nyiyjαiαj(xi)Txj αi≥0,i=1,…,Ni=1∑Nαiyi=0
并求的其最优解α∗=(α1∗,…,αl∗)
则得到原问题的最优解:
w∗=i=1∑Nαi∗yixib∗=yj−i=1∑Nαi∗yi(xi)Txjαj∗>0
进而可以得到分离超平面:
(w∗)Tx+b∗=0
对于给定的训练数据集,有:
x1x2x3y1y2y3=[3 3]=[4 3]=[1 1]=1=1=−1
则有:
k=xT⋅x=1821621257672
目标函数为:
αmaxi=1∑Nαi−21i,j=1∑Nyiyjαiαjkij
约束条件为:
αi≥0,i=1,…,Ni=1∑Nαiyi=0
代码实现
使用scipy求解最优化
输出结果为:
w=[0.49999996 0.49999996] b=-1.999999927629584
使用sklearn中的SVM模块求解
输出结果为:
w = [0.5 0.5] b = -2.0
作业2
题目
高斯核有以下形式:
K(x,z)=exp(−2σ2∥x−z∥2)
请证明高斯核函数可以表示为一个无穷维特征向量的内积
提示:利用以下展开式,将中间的因子展开为幂级数
K(x,z)=exp(−2σ2xTx)exp(2σ2xTz)exp(−2σ2zTz)
证明
首先,有:
K(x,z)=exp(−2σ2∥x−z∥2)=exp(−2σ2x2+z2−2xz)=exp(−2σ2x2+z2)exp(σ2xz)
记为式(1)
由于函数ex的幂级数展开式为:
ex=i=0∑∞n!xn=1+x+2!x2+⋯+n!xn+Rn
因此,可以有:
exp(σ2xz)=1+(σ2xz)+2!(σ2xz)2+⋯+n!(σ2xz)n+…=1+σ21⋅1!xz+(σ21)2⋅2!(xz)2+⋯+(σ21)n⋅n!(xz)n+…=1⋅1+1!1σx⋅σz+2!1σ2x2⋅σ2z2+⋯+n!1σnxn⋅σnzn+…
将其带回(1)式,有:
K(x,z)=exp(−2σ2x2+z2)⋅(1⋅1+1!1σx⋅σz+2!1σ2x2⋅σ2z2+⋯+n!1σnxn⋅σnzn+…)=exp(−2σ2x2)⋅exp(−2σ2z2)⋅(1⋅1+1!1σx⋅σz+2!1σ2x2⋅σ2z2+⋯+n!1σnxn⋅σnzn+…)=Φ(x)T⋅Φ(z)
其中,
Φ(x)=exp(−2σ2x2)⋅(1,1!1σx,2!1σ2x2,…,n!1σnxn,…)
因此,高斯核函数可以表示为一个无穷维特征向量的内积
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