【待补充】支持向量机（SVM）原理和python实现

概述文章目录前言一、线性硬间隔SVM1.应用对象2.几何角度3.最大间隔分类器4.原问题转化为对偶问题二、线性软间隔SVM1.应用对象三、非线性SVM四、SOM算法原理五、python代码实现参考总结前言完成第一部分，我写完实习报告马上来补充。一、线性硬间隔SVM1.应用对象完

文章目录前言一、线性硬间隔SVM1.应用对象2.几何角度3.最大间隔分类器4.原问题转化为对偶问题二、线性软间隔SVM1.应用对象三、非线性SVM四、SOM算法原理五、python代码实现参考总结

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前言

完成第一部分，我写完实习报告马上来补充。

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一、线性硬间隔SVM1.应用对象

完全线性可分的样本

2.几何角度

找到一个超平面，与两类样本点的距离都足够远，对样本进行划分。划分超平面可定义为
w T x + b = 0 \boldsymbol{w}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x}+b=0 wTx+b=0

3.最大间隔分类器

3.1间隔(magin)
离划分超平面最近的点到超平面的距离：

称之为间隔;

3.2最大间隔分类器
通过最大间隔法求最优划分超平面，即

则

其中 y i （ w T x + b ） y_{i}（\boldsymbol{w}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{x}+b） yi​（wTx+b）为点到超平面的相对距离，令离划分超平面最近的点到划分超平面相对距离等于1，则

即

而最大化 ∥ w ∥ − 1 {\|w\|}^{\mathrm{-1}} ∥w∥−1等价于最小化 ∥ w ∥ 2 {\|w\|}^{\mathrm{2}} ∥w∥2，则上式可重写为

这就是支持向量机(SVM)的基本型，也就是原问题，它是一个凸二次规划问题，其中系数 1 2 \frac{1}{2} 21​是为了方便之后的最小值求解，不影响最小值的大小；由于对偶问题相比与原问题更易求解，所以下面把原问题转化为对偶问题。

4.原问题转化为对偶问题

4.1有约束问题转化为无约束问题
对原问题的每条约束添加拉格朗日乘子，则原问题的拉格朗日函数可以写为

则原问题可以写成如下式子

为什么可以直接转化呢？解释如下

由此，有约束的原问题转化为了无约束问题。

4.2无约束问题转化为对偶问题
原问题由于是凸二次规划问题，且满足Slater条件，所以原问题与它的对偶问题具有强对偶关系，即原问题和对偶问题最优解相同（定理，详情可以找证明了解）

求L的最小值

将得到的两个式子代入L，则有

则化简之后，得到对偶问题

求得使对偶问题达到最大值的最优解 λ ∗ \lambda^{*} λ∗之后，由于原问题和对偶问题的解相同的充分必要条件是最优解满足KKT条件（定理，下面会简单补充阐述原理）：

则可以求得原始问题的最优解 w ∗ w^{*} w∗和 b ∗ b^{*} b∗：

*4.3（补充）KKT条件原理简单推导
简单的解释一下KKT条件，由于

则有

要使对偶问题的最优解等于原问题的最优解，也就是满足强队偶关系，则需要使上式中的两个等号成立，即还需要满足下面条件

二、线性软间隔SVM1.应用对象

近似线性可分的样本

三、非线性SVM四、SOM算法原理五、python代码实现参考

1.【机器学习】【白板推导系列】【合集 1～23】
2.李航，统计学习方法
3.周志华，机器学习
4.Peter Harrington，机器学习实战

总结 总结

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