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支持向量机

支持向量机(support vector machine,简称为SVM)

  • 作为经典的有监督学习算法,常用于分类与回归分析问题中
  • 支持向量机有着完备而优雅的数学理论,并且计算成本低效果好
  • 在集成学习与深度学习流行前,SVM 在很多领域都是非常主流的算法

SVM 算法图解:

  • SVM 核心思想在于通过寻找一个超平面,尽可能的分隔不同类别间的样本
  • 支持向量(support vector):用于确定超平面边缘的部分样本

SVM 借助核技巧将输入隐式映射到高维特征空间中,从而有效地进行非线性分类

常见的核函数:

核函数 表达式 备注
Linear Kerne

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最小角回归

在统计学中,最小角回归(LARS)是一种将线性回归模型拟合到高维数据的算法

用 $T(\hat{\boldsymbol{\beta}})$ 表示 $\hat{\boldsymbol{\beta}}$ 的绝对值范数 $$T(\hat{\boldsymbol{\beta}})=\sum_{j=1}^m|\hat{\beta_j}|\tag{7}$$ 则Lasso即为下面的约束优化问题: $$\min S(\hat{\boldsymbol{\beta}}) \quad \text{s.t.} \quad T(\hat{\boldsymbol{\beta}}) \le t\tag{8}$$ Las

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坐标轴下降法

坐标下降法(英语:coordinate descent)是一种非梯度优化算法。算法在每次迭代中,在当前点处沿一个坐标方向进行一维搜索以求得一个函数的局部极小值。在整个过程中循环使用不同的坐标方向。对于不可拆分的函数而言,算法可能无法在较小的迭代步数中求得最优解。

附件/Pasted image 20210819215357.png

为了加速收敛,可以采用一个适当的坐标系,例如通过主成分分析获得一个坐标间尽可能不相互关联的新坐标系,即自适应坐标下降法。

#坐标下降法 #非梯度 #CoordinateDescent

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最小二乘法

1 最小二乘法

狭义上的最小二乘法,主要针对线性回归问题,以残差平方和的总和最小为原则,化一般情况下,运用矩阵运算寻找最优的系数解,具体实现可参考1 线性回归的求解过程。

广义上的最小二乘法,增加了针对非线性问题的处理,围绕均方误差构建损失函数,使用迭代优化策略(比如梯度下降法)解决最小化优化问题

狭义最小二乘法的算法分析:

  • 求解方便,不需要迭代优化,可以直接通过矩阵运算求出解析解
  • 仅能处理线性回归问题,当特征维度高时矩阵求逆的运算成本偏高

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回归算法族

1 线性回归

面对$N$个形式为$(x_i,y_i)$样本组成的样本集,线性回归就是为了寻找形式为$y_{N\times1}=X_{N \times d}\theta_{d\times 1}$的线性方程,使其能最大程度拟合样本,而第一步便是建立线性回归的损失函数/目标函数: $$Loss(\theta)= (y-X\theta)^T(y-X\theta) $$

其中$y$表示真实值,$X\theta$表示的预测值,所以损失函数$Loss(\theta)$表示的便是真实

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贝叶斯算法

贝叶斯定理: $$P(B|A)=\frac{P(A,B)}{P(A)}=\frac{P(A|B)P(B)}{P(A)}$$

  • 其中 $P(B|A)$ 表示后验概率 $posterior$
  • $P(A,B)$ 表示联合概率,$P(A)$ 表示历史经验 $evidence$
  • $P(A|B)$ 表示似然估计值 $likelihood$,$P(B)$ 表示先验概率 $prior$

朴素贝叶斯

朴素贝叶斯(Naive Bayes classifier)以贝叶斯定理为基础的简单分类器,主要通过统计历史数据中各种事件的发生频率,并从中寻找统计上的相关性,以实现

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粒子群算法

1 基本概念

粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法是计算智能领域的一种群体智能的优化算法(其他群体算法举例:蚁群算法,鱼群算法等),该算法最早由Kennedy和Eberhart在1995年提出的,该算法源自对鸟类捕食问题的研究。

鸟类捕食的生物过程:

  • 假设一群鸟在觅食,在觅食范围内,只在一个地方有食物
  • 所有鸟儿都看不到食物(即不知道食物的具体位置。当然不知道了,知道了就不用觅食了),但是能闻到食物的味道(即能知道食物距离自己是远是近。鸟的嗅觉是很灵敏的)
  • 假设鸟与鸟之间能共享信息(即互

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局部线性嵌入 LLE

1 算法概况

局部线性嵌入(Locally Linear Embedding,以下简称LLE)是一种重要的降维方法。

和传统的PCA,LDA等关注样本方差的降维方法相比,LLE关注于降维时保持样本局部的线性特征,由于LLE在降维时保持了样本的局部特征,LLE广泛的用于图像图像识别,高维数据可视化等领域。

2 算法步骤

下图对LLE的原理进行了一个整体描述:

附件/Pasted image 20210820013908.png

2.1 选择近邻:

  • 求K近邻的过程,这个过程借助KNN算法找到最近邻的K个样本
  • 简单来说 ,就是通过计算样本间的欧

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