支持向量机算法

支持向量机算法和软件ChemSVM介绍

陆文聪1 ，陈念贻1，叶晨洲2，李国正2

（1. 上海大学化学系计算机化学研究室，上海，200436）

（2. 上海交通大学图象及模式识别研究所，上海，200030）

摘要Vladimir N. Vapnik等提出的统计学习理论（statistical learning theory，简称SLT）和支持向量机（support vector machine，简称SVM）算法已取得令人鼓舞的研究成果。本文旨在对这一新理论和新算法的原理作一介绍，并展望这一计算机学界的新成果在化学化工领域的应用前景。“ChemSVM”软件提供了通用的支持向量机算法，并将其与数据库、知识库、原子参数及其它数据挖掘方法有机地集成起来。

关键词模式识别；支持向量机；支持向量分类；支持向量回归

中图分类号：O 06-04

Introduction to the Algorithm of Support Vector Machine and the Software ChemSVM

LU Wen-cong1, CHEN Nian-yi1, YE Chen-zhou2, LI Guo-zheng2

(1. Laboratory of Chemical Data Mining, Department of Chemistry, Shanghai University, Shanghai, 200436, China)

(2. Institute of Image and Pattern Recognition, Jiaotong University, Shanghai, 200030, China)

Abstracts: The great achievements have been approached in the development of statistical learning theory (STL) and support vector machine (SVM) as well as kernel techniques. This paper aimed at introducing the principle of SLT and SVM algorithm and prospecting their applications in the fields of chemistry and chemical industry..

Key Words:Statistical learning theory, Support vector machine, Support vector classification, Support vector regression

众所周知，统计模式识别、线性或非线性回归以及人工神经网络等方法是数据挖掘的有效工具，已随着计算机硬件和软件技术的发展得到了广泛的应用[1-4]，我们亦曾将若干数据挖掘方法用于材料设计和药物构效关系的研究[5-12]。

但多年来我们也受制于一个难题：传统的模式识别或人工神经网络方法都要求有较多的训练样本，而许多实际课题中已知样本较少。对于小样本集，训练结果最好的模型不一定是预报能力最好的模型。因此，如何从小样本集出发，得到预报（推广）能力较好的模型，遂成为模式识别研究领域内的一个难点，即所谓“小样本难题”。最近我们注意到：数学家Vladimir N. Vapnik等通过三十余年的严格的数学理论研究，提出来的统计学习理论（statisti cal learning theory，简称SLT）[13]和支持向量机（support vector machine，简称SVM）算法已得到国际数据挖掘学术界的重视，并在语音识别[14]、文字识别[15]、药物设计[16]、组合化学[17]、时间序列预测[18]等研究领域得到成功应用，该新方法从严格的数学理论出发，论证和实现了在小样本情况下能最大限度地提高预报可靠性的方法，其研究成果令人鼓舞。张学工、杨杰等率先将有关研究成果引入国内计算机学界，并开展了SVM算法及其应用研究[19]，但国内化学化工领域内尚未见SVM的应用报道。

收稿日期：2002-06-10；修回日期：2002-09-10

资金资助：国家自然科学基金委和美国福特公司联合资助，批准号：9716214

作者简介：陆文聪（1964—），男，教授。研究方向：计算机化学。

本文是本论文系列的第一篇，主要介绍Vapnik 等在SLT 基础上提出的SVM 算法，包括支持向量分类（support vector classification ，简称SVC ）算法和支持向量回归（support vector regression ，简称SVR ）算法，并展望这一计算机学界的新成果在化学化工领域的应用前景。

1 统计学习理论（SLT ）简介[13] 1.1 背景

现实世界中存在大量我们尚无法准确认识但却可以进行观测的事物，如何从一些观测数据（样本）出发得出目前尚不能通过原理分析得到的规律，进而利用这些规律预测未来的数据，这是统计模式识别（基于数据的机器学习的特例）需要解决的问题。统计是我们面对数据而又缺乏理论模型时最基本的（也是唯一的）分析手段。Vapnik 等人早在20世纪60年代就开始研究有限样本情况下的机器学习问题，但这些研究长期没有得到充分的重视。近十年来，有限样本情况下的机器学习理论逐渐成熟起来，形成了一个较完善的SLT 体系。而同时，神经网络等较新兴的机器学习方法的研究则遇到一些重要的困难，比如如何确定网络结构的问题、过拟合与欠拟合问题、局部极小点问题等。在这种情况下，试图从更本质上研究机器学习的SLT 体系逐步得到重视。1992－1995年，Vapnik 等在SLT 的基础上发展了SVM 算法，在解决小样本、非线性及高维模式识别问题中表现出许多特有的优势，并能够推广应用到函数拟合等其它机器学习问题。很多学者认为，它们正在成为继模式识别和神经网络研究之后机器学习领域中新的研究热点，并将推动机器学习理论和技术有重大的发展。神经网络研究容易出现过拟合问题，是由于学习样本不充分和学习机器设计不合理的原因造成的，由于此矛盾的存在，所以造成在有限样本情况下：1)经验风险最小不一定意味着期望风险最小；2)学习机器的复杂性不但与所研究的系统有关，而且要和有限的学习样本相适应。SLT 体系及其SVM 算法在解决“小样本难题”过程中所取得的核函数应用等方面的突出进展令人鼓舞，已被认为是目前针对小样本统计估计和预测学习的最佳理论。 1.2 原理

Vapnik 的SLT 的核心内容包括下列四个方面：1) 经验风险最小化原则下统计学习一致性的条件；2) 在这些条件下关于统计学习方法推广性的界的结论；3) 在这些界的基础上建立的小样本归纳推理原则；4) 实现这些新的原则的实际方法（算法）。

设训练样本集为()()R y R x x y x y m n n ∈∈,

11,,,,, ，其拟合（建模）的数学实质是从函数集中

选出合适的函数 f (x)，使风险函数：

dxdy

y x P x f y f R Y

X ),())((][2

?

?-=

(1)

为最小。但因其中的几率分布函数),(y x P 为未知，上式无法计算，更无法求其极小。传统的统计数学遂假定上述风险函数可用经验风险函数][f R emp 代替：

∑

=-=

n

i i emp

x f y n

f R

1

2

))

((1][ (2)

根据大数定律，式(2)只有当样本数n 趋于无穷大且函数集足够小时才成立。这实际上是假定最小二乘意义的拟合误差最小作为建模的最佳判据，结果导致拟合能力过强的算法的预报能力反而降低。为此，SLT 用结构风险函数 ][f R h 代替][f R emp ，并证明了][f R h 可用下列函数求极小而得：

?

??

?

??

-++

n h n h f R emp S h

)4/ln()1/2(ln ][min δ (3)

此处n 为训练样本数目，S h 为VC 维空间结构，h 为VC 维数，即对函数集复杂性或者学习能力的度量。1-δ为表征计算的可靠程度的参数。

SLT 要求在控制以VC 维为标志的拟合能力上界（以限制过拟合）的前提下追求拟合精度。控制VC 维的方法有三大类：1〕拉大两类样本点集在特征空间中的间隔；2〕缩小两类样本点各自在特征空间中的分布范围；3〕降低特征空间维数。一般认为特征空间维数是控制过拟合的唯一手段，而新理论强调靠前两种手段可以保证在高维特征空间的运算仍有低的VC 维，从而保证限制过拟合。

对于分类学习问题，传统的模式识别方法强调降维，而SVM 与此相反。对于特征空间中两类点不能靠超平面分开的非线性问题，SVM 采用映照方法将其映照到更高维的空间，并求得最佳区分二类样本点的超平面方程，作为判别未知样本的判据。这样，空间维数虽较高，但VC 维仍可压低，从而限制了过拟合。即使已知样本较少，仍能有效地作统计预报。

对于回归建模问题，传统的化学计量学算法在拟合训练样本时，将有限样本数据中的误差也拟合进数学模型了。针对传统方法这一缺点，SVR 采用“ε 不敏感函数”，即对于用f (x)拟合目标值y 时()b x w x f T +=，目标值y i 拟合在 ε≤--b x w y T i 时，即认为进一步拟合是无意义的。这样拟合得到的不是唯一解，而是一组无限多个解。SVR 方法是在一定约束条件下，以2

w

取极小的标

准来选取数学模型的唯一解。这一求解策略使过拟合受到限制，显著提高了数学模型的预报能力。

2 支持向量分类（SVC ）算法 2.1 线性可分情形

SVM 算法是从线性可分情况下的最优分类面（Optimal Hyperplane ）提出的。所谓最优分类面就是要求分类面不但能将两类样本点无错误地分开，而且要使两类的分类空隙最大。d 维空间中线性判别函数的一般形式为()b x w x g T +=，分类面方程是0=+b x w T ，我们将判别函数进行归一化，使两类所有样本都满足()1≥x g ，此时离分类面最近的样本的()1=x g ，而要求分类面对所有样本都能正确分类，就是要求它满足

n i b x w y i T

i ,,2,1,01)( =≥-+。 （4）

式（4）中使等号成立的那些样本叫做支持向量（Support Vectors ）。两类样本的分类空隙（Margin ）的间隔大小：

Margin =w /2 (5)

因此，最优分类面问题可以表示成如下的约束优化问题，即在条件（4）的约束下，求函数

())(2

1221w w w w T

==

φ (6)

的最小值。为此，可以定义如下的Lagrange 函数：

]1)([2

1),,(1

-+-=

∑=b x w y w w b w L i T

i n

i i T αα (7)

其中，0≥i a 为Lagrange 系数，我们的问题是对w 和b 求Lagrange 函数的最小值。把式（7）分别对w 、b 、i α求偏微分并令它们等于0，得：

i i n

i i

x y w w

L ∑==

?=??1

0α

001

=?

=??∑=i n

i i

y b L α

0]1)([0=-+?=??b x w y L

i T

i i i

αα

以上三式加上原约束条件可以把原问题转化为如下凸二次规划的对偶问题：

()

????

?

????==≥∑∑∑∑====-

,,1,0.max 1

1

1

1

2

1i n

i i

i j T

i j i j

n i n

j i

n

i i

y a

n

i a t

s x x y y a

α

α (8)

这是一个不等式约束下二次函数机制问题，存在唯一最优解。若*i α为最优解，则

∑==

n

i i i i x y a

w 1

*

* (9)

*

i α不为零的样本即为支持向量，因此，最优分类面的权系数向量是支持向量的线性组合。

b *

可由约束条件0]1)([=-+b x w y i T i i α求解，由此求得的最优分类函数是 :

())sgn())sgn((*1

***

*

b x x y a b x w x f n

i i i i T

+=∑=+= (10)

sgn()为符号函数。

2.2 非线性可分情形

当用一个超平面不能把两类点完全分开时（只有少数点被错分），可以引入松弛变量i ξ（i ξ≥0, n i ,1=），使超平面0=+b x w T

满足：

i i T i b x w y ξ-≥+1)( (11)

当0

∑=+=

n

i i T

C w w w 1

2

1),(ξξψ (12)

其中C 是一个正常数，称为惩罚因子，此时SVM 可以通过二次规划（对偶规划）来实现：

()

????

?

????==≤≤∑∑∑∑====-

,,1,0.max 1

1

1

1

2

1i n

i i

i j T

i j i j

n i n

j i

n

i i

y a

n

i C a t

s x x y y a

α

α (13)

3 支持向量机（SVM ）的核函数

若在原始空间中的简单超平面不能得到满意的分类效果，则必须以复杂的超曲面作为分界面，SVM 算法是如何求得这一复杂超曲面的呢？

首先通过非线性变换Φ将输入空间变换到一个高维空间，然后在这个新空间中求取最优线性分类面，而这种非线性变换是通过定义适当的核函数（内积函数）实现的，令：

)()(),(j i j i x x x x K Φ?Φ= (14)

用核函数),(j i x x K 代替最优分类平面中的点积j T

i x x ，就相当于把原特征空间变换到了某一新的特征空间，此时优化函数变为：

()=

a Q ()

j i j i j

n i n

j i

n

i i

x x K y y a

,1

1

1

2

1α

α∑∑∑===-

（15）

而相应的判别函数式则为：

())),(sgn(

])()sgn[(*

1

**

*

b x x K y a

b x w x f n

i i i i T

+=∑=+=φ （16）

其中i x 为支持向量，x 为未知向量，(16)式就是SVM ，在分类函数形式上类似于一个神经网络，其输出是若干中间层节点的线性组合，而每一个中间层节点对应于输入样本与一个支持向量的内积，因此也被叫做支持向量网络，如图1

由于最终的判别函数中实际只包含未知向量与支持向量的内积的线性组合，因此识别时的计算复杂度取决于支持向量的个数。

目前常用的核函数形式主要有以下三类，它们都与已有的算法有对应关系。 (1) 多项式形式的核函数，即()=

i x x K ,()[]

q

i

T

x x 1+，对应SVM 是一个q 阶多项式分类器。

(2) 径向基形式的核函数，即()=i x x K ,}exp{2

2

σ

i

x x --

，对应SVM 是一种径向基函数分类器。

(3) S 形核函数，如 ()=i x x K ,),)(tanh(c x x v i T

+ 则SVM 实现的就是一个两层的感知器神经网

络，只是在这里不但网络的权值、而且网络的隐层节点数目也是由算法自动确定的。

4 支持向量回归（SVR ）方法

SVR 算法的基础主要是 ε 不敏感函数(ε -insensitive function)和核函数算法。若将拟合的数学模型表达为多维空间的某一曲线，则根据ε 不敏感函数所得的结果就是包络该曲线和训练点的“ε 管道”。在所有样本点中，只有分布在“管壁”上的那一部分样本点决定管道的位置。这一部分训练样本称为“支持向量”(support vectors)。为适应训练样本集的非线性，传统的拟合方法通常是在线性方程后面加高阶项。此法诚然有效，但由此增加的可调参数未免增加了过拟合的风险。SVR 采用核函数解决这一矛盾。用核函数代替线性方程中的线性项可以使原来的线性算法“非线性化”，即能作非线性回归。与此同时，引进核函数达到了“升维”的目的，而增加的可调参数却很少，于是过拟合仍能控制。

4.1 线性回归情形

设样本集为：()()R y R x x y x y n l l ∈∈,11,,,,, ，回归函数用下列线性方程来表示，

()b x w x f T += （17）

最佳回归函数通过求以下函数的最小极值得出，

其中C 是设定的惩罚因子值，ξ 、ξ*

为松弛变量的上限与下限。 Vapnik 提出运用下列不敏感损耗函数：

通过下面的优化方程：

在下列约束条件下：

求解：

()()()

()()

??

?

??

???

???

?++----=∑∑∑∑***==**

l i l

i i i i i i j T

i j j l i l j i i y x x εααααααααα

α11

21min arg , （21）

由此可得拉格朗日方程的待定系数i α和*

i α，从而得回归系数和常数项：

(18)

(19)

(20)

()

[]

s r i

l

i i i

x x w b x w +-

=-=

∑=*

2

11

αα

（22）

4.2 非线性回归情形

类似于分类问题，一个非线性模型通常需要足够的模型数据，与非线性SVC 方法相同，一个非线性映射可将数据映射到高维的特征空间中，在其中就可以进行线性回归。运用核函数可以避免模式升维可能产生的＂维数灾难＂，即通过运用一个非敏感性损耗函数，非线性SVR 的解即可通过下面方程求出：

其约束条件为：

由此可得拉格朗日待定系数i α和*

i α，回归函数f(X) 则为：

5 ChemSVM 应用软件介绍

以解决化学化工上问题为目的，我们参照国际文献自编了包含SVM 模块的应用软件——“ChemSVM ”，其中SVM 算法涉及到凸二次规划的求解，采用了序贯极小优化（Sequential Minimal Optimization ）算法[20]。

由于SVM 算法在应用上不够方便的地方主要是核函数及其参数如何选取的问题，为此，“ChmSVM ”针对该问题上作了一些改进，即一方面在程序的操作界面上提供各种核函数及其参数，给用户自由选择和研究的方便；另一方面，程序可用单纯形优化方法自动选出待选的核函数及其参数，并根据数据集留一法预报正确率最高的目标来确定最终计算用核函数及其参数，从而建立推广能力强的数学模型。以软件使用上的方便性、算法上的先进性和解决具体问题的有效性为目的，“ChemSVM ”软件将不断地发展和完善。

“ChemSVM ”软件提供了通用的支持向量机算法。在具体应用问题上，还可以将其与数据库（含分门别类的数据表）、知识库（含数据挖掘规则等）、原子参数（由系统自动采集）及其它数据挖掘方法有机地集成起来。比如，“ChemSVM ”已与熔盐相图智能数据库相融合，使SVM 算法成为熔盐相图智能数据库的有效的数据挖掘手段。这方面应用成果已另文报导在本刊有关SVM 应用的系列论文中[21，22]

。

6 应用前景

（23） （24）

（25）

SLT和SVM算法之所以从20世纪90年代以来受到很大的重视，在于它们对有限样本情况下模式识别中的一些根本性问题进行了系统的理论研究，并且在此基础上建立了一种较好的通用学习算法。以往困扰很多机器学习方法的问题，比如模型选择与过拟合问题、非线性和维数灾难问题、局部极小点问题等，在这里都得到了很大程度上的解决。而且，很多传统的机器学习方法都可以看作是SVM算法的一种实现，因而SLT和SVM被很多人视作研究机器学习问题的一个基本框架。一方面研究如何用这个新的理论框架解决过去遇到的很多问题；另一方面则重点研究以SVM为代表的新的学习方法，研究如何让这些理论和方法在实际应用中发挥作用。

SLT有比较坚实的理论基础和严格的理论分析，但其中还有很多问题仍需人为决定。比如结构风险最小化原则中的函数子集结构的设计、SVM中的内积函数（包括参数）的选择等。尚没有明确的理论结果指导我们如何进行这些选择。另外，除了在监督模式识别中的应用外，SLT在函数拟合、概率密度估计等机器学习问题以及在非监督模式识别问题中的应用也是一个重要研究方向。

我们认为，SLT和SVM算法（包括SVC和SVR）有可能在化学化工领域得到深入和广泛的应用，以往用人工神经网络、传统统计模式识别和线性及非线性回归等数据挖掘算法研究和处理的化学化工数据都可能在应用SVM算法后得到更好的处理结果[23]。特别是样本少、维数多的“小样本难题”，应用SVM算法建模会特别有效。可以预计，将来在分析化学的数据处理、化学数据库的智能化、有机分子的构效关系(QSAR, QSPR)、分子和材料设计、试验设计、化工生产优化、以及环境化学、临床化学、地质探矿等多方面都有可能展开SLT 和SVM算法的应用研究，并取得良好效果。

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(完整版)支持向量机(SVM)原理及应用概述

支持向量机（SVM ）原理及应用 一、SVM 的产生与发展 自1995年Vapnik (瓦普尼克)在统计学习理论的基础上提出SVM 作为模式识别的新方法之后，SVM 一直倍受关注。同年，Vapnik 和Cortes 提出软间隔(soft margin)SVM ，通过引进松弛变量i ξ度量数据i x 的误分类(分类出现错误时i ξ大于0)，同时在目标函数中增加一个分量用来惩罚非零松弛变量(即代价函数)，SVM 的寻优过程即是大的分隔间距和小的误差补偿之间的平衡过程；1996年，Vapnik 等人又提出支持向量回归 (Support Vector Regression ，SVR)的方法用于解决拟合问题。SVR 同SVM 的出发点都是寻找最优超平面(注：一维空间为点；二维空间为线；三维空间为面；高维空间为超平面。)，但SVR 的目的不是找到两种数据的分割平面，而是找到能准确预测数据分布的平面，两者最终都转换为最优化问题的求解；1998年，Weston 等人根据SVM 原理提出了用于解决多类分类的SVM 方法(Multi-Class Support Vector Machines ，Multi-SVM)，通过将多类分类转化成二类分类，将SVM 应用于多分类问题的判断：此外，在SVM 算法的基本框架下，研究者针对不同的方面提出了很多相关的改进算法。例如，Suykens 提出的最小二乘支持向量机 (Least Square Support Vector Machine ，LS —SVM)算法，Joachims 等人提出的SVM-1ight ，张学工提出的中心支持向量机 (Central Support Vector Machine ，CSVM)，Scholkoph 和Smola 基于二次规划提出的v-SVM 等。此后，台湾大学林智仁(Lin Chih-Jen)教授等对SVM 的典型应用进行总结，并设计开发出较为完善的SVM 工具包，也就是LIBSVM(A Library for Support Vector Machines)。LIBSVM 是一个通用的SVM 软件包，可以解决分类、回归以及分布估计等问题。 二、支持向量机原理 SVM 方法是20世纪90年代初Vapnik 等人根据统计学习理论提出的一种新的机器学习方法，它以结构风险最小化原则为理论基础，通过适当地选择函数子集及该子集中的判别函数，使学习机器的实际风险达到最小，保证了通过有限训练样本得到的小误差分类器，对独立测试集的测试误差仍然较小。 支持向量机的基本思想：首先，在线性可分情况下，在原空间寻找两类样本的最优分类超平面。在线性不可分的情况下，加入了松弛变量进行分析，通过使用非线性映射将低维输

支持向量机及支持向量回归简介

3．支持向量机（回归） 3.1.1 支持向量机 支持向量机（SVM ）是美国Vapnik 教授于1990年代提出的，2000年代后成为了很受欢迎的机器学习方法。它将输入样本集合变换到高维空间使得其分离性状况得到改善。它的结构酷似三层感知器，是构造分类规则的通用方法。SVM 方法的贡献在于，它使得人们可以在非常高维的空间中构造出好的分类规则，为分类算法提供了统一的理论框架。作为副产品，SVM 从理论上解释了多层感知器的隐蔽层数目和隐节点数目的作用，因此，将神经网络的学习算法纳入了核技巧范畴。 所谓核技巧，就是找一个核函数(,)K x y 使其满足(,)((),())K x y x y φφ=，代 替在特征空间中内积(),())x y φφ（的计算。因为对于非线性分类，一般是先找一个非线性映射φ将输入数据映射到高维特征空间，使之分离性状况得到很大改观，此时在该特征空间中进行分类，然后再返会原空间，就得到了原输入空间的非线性分类。由于内积运算量相当大，核技巧就是为了降低计算量而生的。 特别， 对特征空间H 为Hilbert 空间的情形，设(,)K x y 是定义在输入空间 n R 上的二元函数，设H 中的规范正交基为12(),(),...,(), ...n x x x φφφ。如果 2 2 1 (,)((),()), {}k k k k k K x y a x y a l φφ∞ == ∈∑ ， 那么取1 ()() k k k x a x φφ∞ ==∑ 即为所求的非线性嵌入映射。由于核函数(,)K x y 的定义 域是原来的输入空间，而不是高维的特征空间。因此，巧妙地避开了计算高维内 积 (),())x y φφ（所需付出的计算代价。实际计算中，我们只要选定一个(,)K x y ，

支持向量机算法

支持向量机算法 [摘要] 本文介绍统计学习理论中最年轻的分支——支持向量机的算法，主要有：以SVM－light为代表的块算法、分解算法和在线训练法，比较了各自的优缺点，并介绍了其它几种算法及多类分类算法。 [关键词] 块算法分解算法在线训练法 Colin Campbell对SVM的训练算法作了一个综述，主要介绍了以SVM为代表的分解算法、Platt的SMO和Kerrthi的近邻算法，但没有详细介绍各算法的特点，并且没有包括算法的最新进展。以下对各种算法的特点进行详细介绍，并介绍几种新的SVM算法，如张学工的CSVM，Scholkopf的v-SVM分类器，J. A. K. Suykens 提出的最小二乘法支持向量机LSSVM，Mint-H suan Yang提出的训练支持向量机的几何方法，SOR以及多类时的SVM算法。 块算法最早是由Boser等人提出来的，它的出发点是：删除矩阵中对应于Lagrange乘数为零的行和列不会对最终结果产生影响。对于给定的训练样本集，如果其中的支持向量是已知的，寻优算法就可以排除非支持向量，只需对支持向量计算权值（即Lagrange乘数）即可。但是，在训练过程结束以前支持向量是未知的，因此，块算法的目标就是通过某种迭代逐步排除非支持向时。具体的做法是，在算法的每一步中块算法解决一个包含下列样本的二次规划子问题：即上一步中剩下的具有非零Lagrange乘数的样本，以及M个不满足Kohn-Tucker条件的最差的样本；如果在某一步中，不满足Kohn-Tucker条件的样本数不足M 个，则这些样本全部加入到新的二次规划问题中。每个二次规划子问题都采用上一个二次规划子问题的结果作为初始值。在最后一步时，所有非零Lagrange乘数都被找到，因此，最后一步解决了初始的大型二次规划问题。块算法将矩阵的规模从训练样本数的平方减少到具有非零Lagrange乘数的样本数的平方，大减少了训练过程对存储的要求，对于一般的问题这种算法可以满足对训练速度的要求。对于训练样本数很大或支持向量数很大的问题，块算法仍然无法将矩阵放入内存中。 Osuna针对SVM训练速度慢及时间空间复杂度大的问题，提出了分解算法，并将之应用于人脸检测中，主要思想是将训练样本分为工作集B的非工作集N，B中的样本数为q个，q远小于总样本个数，每次只针对工作集B中的q个样本训练，而固定N中的训练样本，算法的要点有三：1）应用有约束条件下二次规划极值点存大的最优条件KTT条件，推出本问题的约束条件，这也是终止条件。2）工作集中训练样本的选择算法，应能保证分解算法能快速收敛，且计算费用最少。3）分解算法收敛的理论证明，Osuna等证明了一个定理：如果存在不满足Kohn-Tucker条件的样本，那么在把它加入到上一个子问题的集合中后，重新优化这个子问题，则可行点（Feasible Point）依然满足约束条件，且性能严格地改进。因此，如果每一步至少加入一个不满足Kohn-Tucker条件的样本，一系列铁二次子问题可保证最后单调收敛。Chang，C.-C.证明Osuna的证明不严密，并详尽地分析了分解算法的收敛过程及速度，该算法的关键在于选择一种最优的工

支持向量回归简介

支持向量回归简介 人类通过学习，从已知的事实中分析、总结出规律，并且根据规律对未来 的现象或无法观测的现象做出正确的预测和判断，即获得认知的推广能力。在对智能机器的研究当中，人们也希望能够利用机器（计算机）来模拟人的良好学习能力，这就是机器学习问题。基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面，机器学习的目的是通过对已知数据的学习，找到数据内在的相互依赖关系，从而获得对未知数据的预测和判断能力，在过去的十几年里，人工神经网络以其强大的并行处理机制、任意函数的逼近能力，学习能力以及自组织和自适应能力等在模式识别、预测和决策等领域得到了广泛的应用。但是神经网络受到网络结构复杂性和样本复杂性的影响较大，容易出现“过学习”或低泛化能力。特别是神经网络学习算法缺乏定量的分析与完备的理论基础支持，没有在本质上推进学习过程本质的认识。 现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论，现有学习方法也多是基于此假设。但在实际问题中，样本数往往是有限的，因此一些理论上很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。 与传统统计学相比, 统计学习理论(Statistical Learning Theory 或SLT ) 是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论Vladimir N. Vapnik 等人从六、七十年代开始致力于此方面研究，到九十年代中期，随着其理论的不断发展和成熟[17] ，也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实 质性进展, 统计学习理论开始受到越来越广泛的重视。 统计学习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。它能将很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（比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(Support Vector Machine 或SVM ) ，它已初步表现出很多优于已有方法的性能。一些学者认为，SVM 正在成为继神经网络研究之后新的研究热点，并将有力地推动机 器学习理论和技术的发展。 支持向量机（SVM ）是一种比较好的实现了结构风险最小化思想的方法。它的机器学习策略是结构风险最小化原则为了最小化期望风险，应同时最小化经验风险和置信范围） 支持向量机方法的基本思想： （1 ）它是专门针对有限样本情况的学习机器，实现的是结构风险最小化：在对给定的数据逼近的精度与逼近函数的复杂性之间寻求折衷，以期获得最好的推广能力； （2 ）它最终解决的是一个凸二次规划问题，从理论上说，得到的将是全局最优解，解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题； （3 ）它将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间，在高维空间中构造线性决策函数来实现原空间中的非线性决策函数，巧妙地解决了维数问题，并保证了有较好的推广能力，而且算法复杂度与样本维数无关。 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，且算法在效率与精度上已经超过传统的学习算法或与之不相上下。

支持向量机算法学习总结

题目：支持向量机的算法学习 姓名： 学号： 专业： 指导教师：、 日期：2012年6 月20日

支持向量机的算法学习 1. 理论背景 基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面，研究从观测数据 (样本) 出发寻找规律，利用这些规律对未来数据或无法观测的数据进行预测。迄今为止，关于机器学习还没有一种被共同接受的理论框架，关于其实现方法大致可以分为三种： 第一种是经典的(参数)统计估计方法。包括模式识别、神经网络等在内，现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。参数方法正是基于传统统计学的，在这种方法中，参数的相关形式是已知的，训练样本用来估计参数的值。这种方法有很大的局限性，首先，它需要已知样本分布形式，这需要花费很大代价，还有，传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论，现有学习方法也多是基于此假设。但在实际问题中，样本数往往是有限的，因此一些理论上很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。 第二种方法是经验非线性方法，如人工神经网络(ANN。这种方法利用已知样本建立非线性模型，克服了传统参数估计方法的困难。但是，这种方法缺乏一种统一的数学理论。 与传统统计学相比，统计学习理论( Statistical Learning Theory 或SLT) 是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论。该理论针对小样本统计问题建立了一套新的理论体系，在这种体系下的统计推理规则不仅考虑了对渐近性能的要求，而且追求在现有有限信息的条件下得到最优结果。V. Vapnik 等人从六、七十年代开始致力于此方面研究[1] ，到九十年代中期，随着其理论的不断发展和成熟，也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实质性进展，统计学习理论开始受到越来越广泛的重视。 统计学习理论的一个核心概念就是VC维(VC Dimension)概念，它是描述函数集或学习机器的复杂性或者说是学习能力(Capacity of the machine) 的一个重要指标，在此概念基础上发展出了一系列关于统计学习的一致性(Consistency) 、收敛速度、推广性能(GeneralizationPerformance) 等的重要结论。 支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC 维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，Accuracy) 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

支持向量机算法介绍

支持向量机算法介绍 众所周知，统计模式识别、线性或非线性回归以及人工神经网络等方法是数据挖掘的有效工具，已随着计算机硬件和软件技术的发展得到了广泛的应用。 但多年来我们也受制于一个难题：传统的模式识别或人工神经网络方法都要求有较多的训练样本，而许多实际课题中已知样本较少。对于小样本集，训练结果最好的模型不一定是预报能力最好的模型。因此，如何从小样本集出发，得到预报（推广）能力较好的模型，遂成为模式识别研究领域内的一个难点，即所谓“小样本难题”。支持向量机（support vector machine ，简称SVM ）算法已得到国际数据挖掘学术界的重视，并在语音识别、文字识别、药物设计、组合化学、时间序列预测等研究领域得到成功应用。 1、线性可分情形 SVM 算法是从线性可分情况下的最优分类面（Optimal Hyperplane ）提出的。所谓最优分类面就是要求分类面不但能将两类样本点无错误地分开，而且要使两类的分类空隙最大。 设线性可分样本集为),(i i y x ，d R x n i ∈=,,,1 ，}1,1{-+∈y ，d 维空间中线性判别函数的一般形式为 ()b x w x g T +=， 分类面方程是 0=+b x w T ， 我们将判别函数进行归一化，使两类所有样本都满足()1≥x g ，此时离分类面最近的 样本的 ()1=x g ，而要求分类面对所有样本都能正确分类，就是要求它满足 n i b x w y i T i ,,2,1,01)( =≥-+。 （4）

式（4）中使等号成立的那些样本叫做支持向量（Support Vectors ）。两类样本的分类空隙（Margin ）的间隔大小： Margin =w /2(5) 因此，最优分类面问题可以表示成如下的约束优化问题，即在条件（4）的约束下，求函数 ())(2 1221w w w w T == φ(6) 的最小值。为此，可以定义如下的Lagrange 函数： ]1)([21),,(1 -+-=∑=b x w y a w w a b w L i T i n i i T (7) 其中，0≥i a 为Lagrange 系数，我们的问题是对w 和b 求Lagrange 函数的最小值。把式（7）分别对w 、b 、i a 求偏微分并令它们等于0，得： i i n i i x y a w w L ∑==?=??10 001 =?=??∑=i n i i y a b L 0]1)([0=-+?=??b x w y a a L i T i i i 以上三式加上原约束条件可以把原问题转化为如下凸二次规划的对偶问题： () ???? ? ???? ==≥∑∑∑∑====-0,,1,0.m a x 1111 21i n i i i j T i j i j n i n j i n i i y a n i a t s x x y y a a a (8) 这是一个不等式约束下二次函数机制问题，存在唯一最优解。若*i a 为最优解，则 ∑== n i i i i x y a w 1* * (9) *i a 不为零的样本即为支持向量，因此，最优分类面的权系数向量是支持向量的线性组合。

支持向量机原理及应用(DOC)

支持向量机简介 摘要：支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC 维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，以求获得最好的推广能力 。我们通常希望分类的过程是一个机器学习的过程。这些数据点是n 维实空间中的点。我们希望能够把这些点通过一个n-1维的超平面分开。通常这个被称为线性分类器。有很多分类器都符合这个要求。但是我们还希望找到分类最佳的平面，即使得属于两个不同类的数据点间隔最大的那个面，该面亦称为最大间隔超平面。如果我们能够找到这个面，那么这个分类器就称为最大间隔分类器。 关键字：VC 理论 结构风险最小原则 学习能力 1、SVM 的产生与发展 自1995年Vapnik 在统计学习理论的基础上提出SVM 作为模式识别的新方法之后，SVM 一直倍受关注。同年，Vapnik 和Cortes 提出软间隔(soft margin)SVM ，通过引进松弛变量i ξ度量数据i x 的误分类(分类出现错误时i ξ大于0)，同时在目标函数中增加一个分量用来惩罚非零松弛变量(即代价函数)，SVM 的寻优过程即是大的分隔间距和小的误差补偿之间的平衡过程；1996年，Vapnik 等人又提出支持向量回归 (Support Vector Regression ，SVR)的方法用于解决拟合问题。SVR 同SVM 的出发点都是寻找最优超平面，但SVR 的目的不是找到两种数据的分割平面，而是找到能准确预测数据分布的平面，两者最终都转换为最优化问题的求解；1998年，Weston 等人根据SVM 原理提出了用于解

支持向量机训练算法综述_姬水旺

收稿日期:2003-06-13 作者简介:姬水旺(1977)),男,陕西府谷人,硕士,研究方向为机器学习、模式识别、数据挖掘。 支持向量机训练算法综述 姬水旺,姬旺田 (陕西移动通信有限责任公司,陕西西安710082) 摘 要:训练SVM 的本质是解决二次规划问题,在实际应用中,如果用于训练的样本数很大,标准的二次型优化技术就很难应用。针对这个问题,研究人员提出了各种解决方案,这些方案的核心思想是先将整个优化问题分解为多个同样性质的子问题,通过循环解决子问题来求得初始问题的解。由于这些方法都需要不断地循环迭代来解决每个子问题,所以需要的训练时间很长,这也是阻碍SVM 广泛应用的一个重要原因。文章系统回顾了SVM 训练的三种主流算法:块算法、分解算法和顺序最小优化算法,并且指出了未来发展方向。关键词:统计学习理论;支持向量机;训练算法 中图分类号:T P30116 文献标识码:A 文章编号:1005-3751(2004)01-0018-03 A Tutorial Survey of Support Vector Machine Training Algorithms JI Shu-i wang,JI Wang -tian (Shaanx i M obile Communicatio n Co.,Ltd,Xi .an 710082,China) Abstract:Trai n i ng SVM can be formulated into a quadratic programm i ng problem.For large learning tasks w ith many training exam ples,off-the-shelf opti m i zation techniques quickly become i ntractable i n their m emory and time requirem ents.T hus,many efficient tech -niques have been developed.These techniques divide the origi nal problem into several s maller sub-problems.By solving these s ub-prob -lems iteratively,the ori ginal larger problem is solved.All proposed methods suffer from the bottlen eck of long training ti me.This severely limited the w idespread application of SVM.T his paper systematically surveyed three mains tream SVM training algorithms:chunking,de -composition ,and sequenti al minimal optimization algorithms.It concludes with an illustrati on of future directions.Key words:statistical learning theory;support vector machine;trai ning algorithms 0 引 言 支持向量机(Support Vector M achine)是贝尔实验室研究人员V.Vapnik [1~3]等人在对统计学习理论三十多年的研究基础之上发展起来的一种全新的机器学习算法,也使统计学习理论第一次对实际应用产生重大影响。SVM 是基于统计学习理论的结构风险最小化原则的,它将最大分界面分类器思想和基于核的方法结合在一起,表现出了很好的泛化能力。由于SVM 方法有统计学习理论作为其坚实的数学基础,并且可以很好地克服维数灾难和过拟合等传统算法所不可规避的问题,所以受到了越来越多的研究人员的关注。近年来,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。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。 训练SVM 的本质是解决一个二次规划问题[4]: 在约束条件 0F A i F C,i =1,, ,l (1)E l i =1 A i y i =0 (2) 下,求 W(A )= E l i =1A i -1 2 E i,J A i A j y i y j {7(x i )#7(x j )} = E l i =1A i -1 2E i,J A i A j y i y j K (x i ,x j )(3)的最大值,其中K (x i ,x j )=7(x i )#7(x j )是满足Merce r 定理[4]条件的核函数。 如果令+=(A 1,A 2,,,A l )T ,D ij =y i y j K (x i ,x j )以上问题就可以写为:在约束条件 +T y =0(4)0F +F C (5) 下,求 W(+)=+T l -12 +T D +(6) 的最大值。 由于矩阵D 是非负定的,这个二次规划问题是一个凸函数的优化问题,因此Kohn -Tucker 条件[5]是最优点 第14卷 第1期2004年1月 微 机 发 展M icr ocomputer Dev elopment V ol.14 N o.1Jan.2004

(完整版)支持向量回归机

3.3 支持向量回归机 SVM 本身是针对经典的二分类问题提出的，支持向量回归机（Support Vector Regression ，SVR ）是支持向量在函数回归领域的应用。SVR 与SVM 分类有以下不同：SVM 回归的样本点只有一类，所寻求的最优超平面不是使两类样本点分得“最开”，而是使所有样本点离超平面的“总偏差”最小。这时样本点都在两条边界线之间，求最优回归超平面同样等价于求最大间隔。 3.3.1 SVR 基本模型 对于线性情况，支持向量机函数拟合首先考虑用线性回归函数 b x x f +?=ω)(拟合n i y x i i ,...,2,1),,(=，n i R x ∈为输入量，R y i ∈为输出量，即 需要确定ω和b 。 图3-3a SVR 结构图 图3-3b ε不灵敏度函数 惩罚函数是学习模型在学习过程中对误差的一种度量，一般在模型学习前己经选定，不同的学习问题对应的损失函数一般也不同，同一学习问题选取不同的损失函数得到的模型也不一样。常用的惩罚函数形式及密度函数如表3-1。 表3-1 常用的损失函数和相应的密度函数 损失函数名称 损失函数表达式()i c ξ% 噪声密度 ()i p ξ ε -不敏感 i εξ 1 exp()2(1) i εξε-+ 拉普拉斯 i ξ 1 exp()2 i ξ- 高斯 212 i ξ 21 exp()22i ξπ -

标准支持向量机采用ε-不灵敏度函数，即假设所有训练数据在精度ε下用线性函数拟合如图（3-3a ）所示， ** ()()1,2,...,,0 i i i i i i i i y f x f x y i n εξεξξξ-≤+??-≤+=??≥? （3.11） 式中，*,i i ξξ是松弛因子，当划分有误差时，ξ，*i ξ都大于0，误差不存在取0。这时，该问题转化为求优化目标函数最小化问题： ∑=++?=n i i i C R 1 ** )(21 ),,(ξξωωξξω （3.12） 式（3.12）中第一项使拟合函数更为平坦，从而提高泛化能力；第二项为减小误差；常数0>C 表示对超出误差ε的样本的惩罚程度。求解式（3.11）和式（3.12）可看出，这是一个凸二次优化问题，所以引入Lagrange 函数： * 11 ****1 1 1()[()] 2[()]() n n i i i i i i i i n n i i i i i i i i i i L C y f x y f x ωωξξαξεαξεξγξγ=====?++-+-+-+-+-+∑∑∑∑ （3.13） 式中，α，0*≥i α，i γ，0*≥i γ，为Lagrange 乘数，n i ,...,2,1=。求函数L 对ω， b ，i ξ，*i ξ的最小化，对i α，*i α，i γ，*i γ的最大化，代入Lagrange 函数得到对偶形式，最大化函数：

支持向量机(SVM)算法推导及其分类的算法实现

支持向量机算法推导及其分类的算法实现 摘要：本文从线性分类问题开始逐步的叙述支持向量机思想的形成，并提供相应的推导过程。简述核函数的概念，以及kernel在SVM算法中的核心地位。介绍松弛变量引入的SVM算法原因，提出软间隔线性分类法。概括SVM分别在一对一和一对多分类问题中应用。基于SVM在一对多问题中的不足，提出SVM 的改进版本DAG SVM。 Abstract：This article begins with a linear classification problem, Gradually discuss formation of SVM, and their derivation. Description the concept of kernel function, and the core position in SVM algorithm. Describes the reasons for the introduction of slack variables, and propose soft-margin linear classification. Summary the application of SVM in one-to-one and one-to-many linear classification. Based on SVM shortage in one-to-many problems, an improved version which called DAG SVM was put forward. 关键字：SVM、线性分类、核函数、松弛变量、DAG SVM 1. SVM的简介 支持向量机(Support Vector Machine)是Cortes和Vapnik于1995年首先提出的，它在解决小样本、非线性及高维模式识别中表现出许多特有的优势，并能够推广应用到函数拟合等其他机器学习问题中。支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC 维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，Accuracy）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。 对于SVM的基本特点，小样本，并不是样本的绝对数量少，而是与问题的复杂度比起来，SVM算法要求的样本数是相对比较少的。非线性，是指SVM擅长处理样本数据线性不可分的情况，主要通过松弛变量和核函数实现，是SVM 的精髓。高维模式识别是指样本维数很高，通过SVM建立的分类器却很简洁，只包含落在边界上的支持向量。

支持向量机训练算法的实验比较

支持向量机训练算法的实验比较 姬水旺,姬旺田 (陕西移动通信有限责任公司,陕西西安710082) 摘　要:S VM是基于统计学习理论的结构风险最小化原则的,它将最大分界面分类器思想和基于核的方法结合在一起,表现出了很好的泛化能力。并对目前的三种主流算法S VM light,Bsvm与SvmFu在人脸检测、M NIST和USPS手写数字识别等应用中进行了系统比较。 关键词:统计学习理论;支持向量机;训练算法 中图法分类号:TP30116 文献标识码:A 文章编号:100123695(2004)1120018203 Experimental C omparison of Support Vector Machine Training Alg orithms J I Shui2wang,J I Wang2tian (Shanxi Mobile Communication Co.,LTD,Xi’an Shanxi710082,China) Abstract:Support vector learning alg orithm is based on structural risk minimization principle.It combines tw o remarkable ideas:maxi2 mum margin classifiers and im plicit feature spaces defined by kernel function.Presents a com prehensive com paris on of three mainstream learning alg orithms:S VM light,Bsvm,and SvmFu using face detection,M NIST,and USPS hand2written digit recognition applications. K ey w ords:S tatistical Learning T heory;Support Vector Machine;T raining Alg orithms 1　引言 支持向量机(Support Vector Machine)是贝尔实验室研究人员V.Vapnik等人[30]在对统计学习理论三十多年的研究基础之上发展起来的一种全新的机器学习算法,也是统计学习理论第一次对实际应用产生重大影响。S VM是基于统计学习理论的结构风险最小化原则的,它将最大分界面分类器思想和基于核的方法结合在一起,表现出了很好的泛化能力。由于S VM 方法有统计学习理论作为其坚实的数学基础,并且可以很好地克服维数灾难和过拟合等传统算法所不可规避的问题,所以受到了越来越多的研究人员的关注。近年来,关于S VM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。但是,到目前为止,还没有看到有关支持向量算法总体评价和系统比较的工作,大多数研究人员只是用特定的训练和测试数据对自己的算法进行评价。由于支持向量机的参数与特定的问题以及特定的训练数据有很大的关系,要对它们进行统一的理论分析还非常困难,本文试从实验的角度对目前具有代表性的算法和训练数据进行比较,希望这些比较所得出的经验结论能对今后的研究和应用工作有指导意义。本文所用的比较算法主要有S VM light[14],Bsvm[12]和SvmFu[25],它们分别由美国C ornell University的Thorsten Joachims教授,National T aiwan U2 niversity的Chih2Jen Lin教授和美国麻省理工学院Ryan Rifkin博士编写的,在实验的过程中,笔者对算法进行了修改。由于这些算法有很大的相似之处,而且训练支持向量机是一个凸函数的优化过程,存在全局唯一的最优解,训练得到的模型不依赖于具体的算法实现,因此,本文在实验过程中不对具体的算法做不必要的区别。实验所采用的训练和测试数据也是目前非常有代表性的,它们大部分由国内外研究人员提供。 2　比较所用数据简介 本文所用的人脸检测数据是从美国麻省理工学院生物和计算学习中心[31](Center for Biological and C omputational Lear2 ning)得到的,这些数据是C BC L研究人员在波士顿和剑桥等地收集的,每个训练样本是一个由19×19=361个像素组成的图像,我们用一个361维的向量来代表每一个图像,每一个分量代表对应的像素值。用于训练的样本共有6977个,其中有2429个是人脸,其余4548个是非人脸;在测试样本集中共有24045个样本,包含472个人脸和23573个非人脸。这是一个两类分类问题。图1是训练样本中部分人脸的图像。 图1　人脸检测数据中部分人脸的图像 M NIST手写数字识别数据是由美国AT&T的Y ann LeCun 博士收集的[32],每个样本是0～9中的一个数字,用28×28= 784维的向量表示。在训练集中有60000个样本,测试集中有10000个样本。图2是训练样本中前100个样本的图像。 USPS手写识别数据是由美国麻省理工学院和贝尔实验室的研究人员共同从U.S.P ostal Service收集的[33],每个样本是0～9中的一个数字,用16×16=256维的向量中的各个分量表示所对应像素的灰度值。训练集中共有7291个样本,测试集中有2007个样本。图3是训练集中部分样本的图像。 ? 8 1 ?计算机应用研究2004年 收稿日期:2003206220;修返日期:2003211212

3.支持向量机(回归)

3.支持向量机(回归) 3.1.1 支持向量机 支持向量机(SVM是美国Vapnik教授于1990年代提出的，2000年代后成为了很受欢迎的机器学习方法。它将输入样本集合变换到高维空间使得其分离性状况得到改善。它的结构酷似三层感知器，是构造分类规则的通用方法。SVh方法的贡献在于，它使得人们可以在非常高维的空间中构造出好的分类规则，为分类算法提供了统一的理论框架。作为副产品，SVM从理论上解释了多层感知器的 隐蔽层数目和隐节点数目的作用，因此，将神经网络的学习算法纳入了核技巧范畴。 所谓核技巧，就是找一个核函数K(x, y)使其满足K(x,y) ( (x), (y))，代 替在特征空间中内积((x), (y))的计算。因为对于非线性分类，一般是先找一个非线性映射将输入数据映射到高维特征空间，使之分离性状况得到很大改观，此时在该特征空间中进行分类，然后再返会原空间，就得到了原输入空间的非线性分类。由于内积运算量相当大，核技巧就是为了降低计算量而生的。 特别，对特征空间H为Hilbert空间的情形，设K(x, y)是定义在输入空间 R n上的二元函数，设H中的规范正交基为1(x), 2(x),..., n(x), ...。如果 2 K(x, y) a k ( k(x), k(y)), k 1 那么取(x) 3k k(x)即为所求的非线性嵌入映射。由于核函数K(x,y)的定义k 1 域是原来的输入空间，而不是高维的特征空间。因此，巧妙地避开了计算高维内积((x), (y))所需付出的计算代价。实际计算中，我们只要选定一个K(x,y)， 并不去重构嵌入映射(x) a k k(x)。所以寻找核函数K(x,y)(对称且非负) k 1

支持向量机等各种算法和模型的优点和缺点

1决策树（Decision Trees）的优缺点 决策树的优点： 一、决策树易于理解和解释.人们在通过解释后都有能力去理解决策树所表达的意义。 二、对于决策树，数据的准备往往是简单或者是不必要的.其他的技术往往要求先把数据一般化，比如去掉多余的或者空白的属性。 三、能够同时处理数据型和常规型属性。其他的技术往往要求数据属性的单一。 四、决策树是一个白盒模型。如果给定一个观察的模型，那么根据所产生的决策树很容易推出相应的逻辑表达式。 五、易于通过静态测试来对模型进行评测。表示有可能测量该模型的可信度。 六、在相对短的时间内能够对大型数据源做出可行且效果良好的结果。 七、可以对有许多属性的数据集构造决策树。 八、决策树可很好地扩展到大型数据库中，同时它的大小独立于数据库的大小。 决策树的缺点： 一、对于那些各类别样本数量不一致的数据，在决策树当中,信息增益的结果偏向于那些具有更多数值的特征。 二、决策树处理缺失数据时的困难。 三、过度拟合问题的出现。 四、忽略数据集中属性之间的相关性。 2 人工神经网络的优缺点 人工神经网络的优点：分类的准确度高,并行分布处理能力强,分布存储及学习能力强，对噪声神经有较强的鲁棒性和容错能力，能充分逼近复杂的非线性关系，具备联想记忆的功能等。人工神经网络的缺点：神经网络需要大量的参数，如网络拓扑结构、权值和阈值的初始值；不能观察之间的学习过程，输出结果难以解释，会影响到结果的可信度和可接受程度；学习时间过长,甚至可能达不到学习的目的。 3 遗传算法的优缺点 遗传算法的优点： 一、与问题领域无关切快速随机的搜索能力。 二、搜索从群体出发，具有潜在的并行性，可以进行多个个体的同时比较，鲁棒性好。 三、搜索使用评价函数启发，过程简单。 四、使用概率机制进行迭代，具有随机性。 五、具有可扩展性，容易与其他算法结合。 遗传算法的缺点： 一、遗传算法的编程实现比较复杂,首先需要对问题进行编码,找到最优解之后还需要对问题进行解码, 二、另外三个算子的实现也有许多参数,如交叉率和变异率,并且这些参数的选择严重影响解的品质,而目前这些参数的选择大部分是依靠经验.没有能够及时利用网络的反馈信息,故算法的搜索速度比较慢，要得要较精确的解需要较多的训练时间。 三、算法对初始种群的选择有一定的依赖性，能够结合一些启发算法进行改进。 4 KNN算法(K-Nearest Neighbour) 的优缺点

支持向量机(SVM)原理及应用概述

东北大学 研究生考试试卷 考试科目：信号处理的统计分析方法 课程编号： 09601513 阅卷人: 刘晓志 考试日期： 2012年11月07日 姓名：赵亚楠 学号： 1001236 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚.

2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交 研究生院培养办公室,专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成 绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室 支持向量机（SVM）原理及应用 目录 一、SVM的产生与发展 (3) 二、支持向量机相关理论 (4) （一）统计学习理论基础 (4) （二）SVM原理 (4) 1．最优分类面和广义最优分类面 (5) 2．SVM的非线性映射 (7)

3．核函数 (8) 三、支持向量机的应用研究现状 (9) （一）人脸检测、验证和识别 (10) （二）说话人／语音识别 (10) （三）文字／手写体识别 (11) （四）图像处理 (11) （五）其他应用研究 (12) 四、结论和讨论 (12) 支持向量机（SVM ）原理及应用 一、SVM 的产生与发展 自1995年Vapnik 在统计学习理论的基础上提出SVM 作为模式识别的新方法之后，SVM 一直倍受关注。同年，Vapnik 和Cortes 提出软间隔(soft margin)SVM ，通过引进松弛变量i ξ度量数据i x 的误分类(分类出现错误时i ξ大于0)，同时在目 标函数中增加一个分量用来惩罚非零松弛变量(即代价函数)，SVM 的寻优过程即

支持向量机非线性回归通用MATLAB源码

支持向量机非线性回归通用MA TLAB源码 支持向量机和BP神经网络都可以用来做非线性回归拟合，但它们的原理是不相同的，支持向量机基于结构风险最小化理论，普遍认为其泛化能力要比神经网络的强。大量仿真证实，支持向量机的泛化能力强于BP网络，而且能避免神经网络的固有缺陷——训练结果不稳定。本源码可以用于线性回归、非线性回归、非线性函数拟合、数据建模、预测、分类等多种应用场合，GreenSim团队推荐您使用。 function [Alpha1,Alpha2,Alpha,Flag,B]=SVMNR(X,Y,Epsilon,C,TKF,Para1,Para2) %% % SVMNR.m % Support Vector Machine for Nonlinear Regression % All rights reserved %% % 支持向量机非线性回归通用程序 % GreenSim团队原创作品，转载请注明 % GreenSim团队长期从事算法设计、代写程序等业务 % 欢迎访问GreenSim——算法仿真团队→ % 程序功能： % 使用支持向量机进行非线性回归，得到非线性函数y=f(x1,x2,…,xn)的支持向量解析式，% 求解二次规划时调用了优化工具箱的quadprog函数。本函数在程序入口处对数据进行了% [-1,1]的归一化处理，所以计算得到的回归解析式的系数是针对归一化数据的，仿真测 % 试需使用与本函数配套的Regression函数。 % 主要参考文献: % 朱国强,刘士荣等.支持向量机及其在函数逼近中的应用.华东理工大学学报 % 输入参数列表 % X 输入样本原始数据，n×l的矩阵，n为变量个数，l为样本个数 % Y 输出样本原始数据，1×l的矩阵，l为样本个数 % Epsilon ε不敏感损失函数的参数，Epsilon越大，支持向量越少 % C 惩罚系数，C过大或过小，泛化能力变差 % TKF Type of Kernel Function 核函数类型 % TKF=1 线性核函数，注意：使用线性核函数，将进行支持向量机的线性回归 % TKF=2 多项式核函数 % TKF=3 径向基核函数 % TKF=4 指数核函数 % TKF=5 Sigmoid核函数 % TKF=任意其它值，自定义核函数 % Para1 核函数中的第一个参数 % Para2 核函数中的第二个参数 % 注：关于核函数参数的定义请见Regression.m和SVMNR.m内部的定义 % 输出参数列表 % Alpha1 α系数 % Alpha2 α*系数 % Alpha 支持向量的加权系数（α－α*）向量