机器学习算法之支持向量机（SVM）

SVM恐怕大家即使不熟悉，也听说过这个大名吧，这一节我们就介绍这相爱相杀一段内容。

前言：在介绍一个新内容之SVM前，我们不觉映入眼帘的问题是为什么要引入SVM？吃的香，睡的着的情况下，肯定不会是没事干吧~首先，SVM是一个二分类模型【图1】，实质是定义在特征空间的判别模型，其实我们大家应该比较熟悉感知机算法了（我们前面有讲过），也就是找一个超平面来划分特征空间，可是满足该条件的超平面有无穷无尽呀！我们需要的模型肯定是鲁棒性要超级棒的才好！而SVM恰恰是为了完成这种使命而向阳而生的产物；它的核心点便是寻找在特征空间中间隔最大的超平面。童鞋们一定在想间隔是啥？最大又意味着什么？接下来，我们娓娓道来。

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线性可分支持向量机：

我们先来介绍比较低阶的线性可分支持向量机，顾名思义：给定的训练样本，我们可以恰好的找一个超平面直接将数据分为正负两类，形成了井水不犯河水的趋势。前面说了，对于线性可分的情况下，这种超平面有许多，因此我们选择那个间隔最大的超平面【唯一的】。超平面长什么样呢

在二维空间下，我们就把它理解为一条直线就好；不失一般性：该超平面定义为：

图1

其中是一个多维向量，和输入同维度；那好了，现在有决策超平面了，你说的间隔最大的间隔是什么？我们先看一下图一，A,B,C三个样本都被分到了正类一侧，但是A距离超平面较远，C距离最近，那么我们想想，是不是A被分别正类的置信度比其它两个样本都要高，因为，A被分为正类的感觉很严格呀，至于C，是不是因为噪声或者什么因素，它也很可能是属于负类的；即使它被分为了正类。因此，我们把样本到超平面的距离远近可以表示为分类预测的置信程度。那样本到平面的距离公式是啥，这个我们应该最清楚的，小学内容还是可以手拿把掐滴【公式1】。忽略分母常数项不看，我们可以把相对的表示为点到超平面的远近，而与类标签的符号是否一致就能够表示分类是否正确。因此我们用就可以表示为分类的正确性和置信度，我们就把这个量称作函数间隔。

公式1：其中A,B,C，是平面的法向量系数

还没完，这个是我们给出了单个样本到超平面的函数间隔表示。而我们在SVM中所说的函数间隔表示为， 在所有样本的函数间隔中，函数间隔最小的那个值是整个训练集的函数间隔。有点拗口对不对，我们给出公式化的表达：

根据我们对超平面的认识，算了，咱就说平面吧，挂个超字总显的高大上；描述一个平面其实就是确定w和b,不过平面是很大的一个物体呀，经过同比例的扩大或缩小w,b；其实表示的是一个平面。如果这样的话，函数间隔就是一个变量了；这对后续的处理很不友好。况且前面我们说了，严格的点到平面的距离公式，分母是有一个规范化的值的；现在我们再把它完整的描绘出来就会得到公式2：而它的专业描述称作几何间隔；而我们后面要间隔最大化，其实就是指最大化几何间隔。

公式2

 SVM核心的概念我们大致介绍了一下，剩下的就是用带约束的不等式求解参数，拉格朗日乘子顶上等等，这个我们后面再聊聊，对了今年2023年的最后一天了，就让SVM向量机划分时空区域，对2023说拜拜~