统计学习方法之感知机模型

小灰灰 2022-12-01 05:10 265阅读 0赞

# 1.前言 #

写这篇博客的时候，我头晕脑胀的。晚上11点多，特别想睡觉，但是一种深深的负罪感把我从床上拉了起来。世界上最遥远的距离，就是明明非常喜欢那张床，却还得假装丝毫没有把它放在心上。为什么要写感知机呢？这么一个老古董。因为我正好看到了《统计学习方法》的那一课。欲生欲死、死不足惜、夕阳西下、夏天真的特别容易困。

# 2.感知机模型-随机梯度下降法 #

关于感知机的正儿八经的博客一大堆，如果一味的重复别人的套路就太无聊了。所以这篇我打算以问题驱动的方式，来解释这个算法。就当提前面试演练吧！

感知机模型是做什么的？分类的。几分类？二分类。怎么分的？使用一个超平面分的。什么叫做超平面？如果输入变量是二维的可以用一条直线分开，如果输入是三维的那就是一个平面，如果是n维的那就是n-1维的一个超平面，为了一致我们统一叫做超平面。超平面是怎么来的？梯度下降得到的。可以具体解释一下吗？我可以拒绝吗？那我只好拒绝给你发offer。好吧，当我没问。

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1.您看上面的图，美吗？首先我们的数据集必须是线性可分的(不可分你让我分个毛啊),你仔细听我上面说的那句话，有没有发现什么秘密？线性可分，对、这是重点。那它就满足我们的模型要么是一条线，要么是多条直线组成的平面或者超平面。

2.怎么算呢？这就贼简单了。首先随便画一条直线WX+b=0(此处的W,X都是向量,WX表示的是内积，即对应位置元素相乘)，知道为什么要随机吗？有本事你不随机一个给我看看。然后选择一个分错的点，把直线往误分的点方向调节，不断的调直到所有的点都分对了，模型的活就干完了(所以你知道为什么人们每天有干不完的活了吧,因为模型就是为了干活才被训练的)

3.怎么知道分错了呢？

分对了是这样：wx+b>=0表示为正例1，wx+b<0表示为负例-1;如果不符合就是分错了；比如正例算出来小于0，负例算出来大于0；

4.如何去调节分错的点？

这个问题比较麻烦，聊完估计得半个小时，如果你听懂了offer估计也就到手了。因为是梯度下降，所以我们分为四步，第一步选择一个分错的点，第二步求损失loss(也就是分错的点到超平面的距离，机器学习跟我们的应试教育不同的一点是：我们的满分是100分，错题扣分。机器的满分是0分,对一个扣一个分数，在这里学渣轻松考清华。)；第三步求梯度；第四步使用梯度调节参数w和b;

1.选择一个分错的点

2.损失loss

点xi到超平面WX+b=0的距离，可以这么表示，![(wxi+b) / ||w||][wxi_b_ _ _w],因为是求距离，所以可以这样![|wxi+b|/||w||][wxi_b_w]

对于分错的点来说yi和wxi+b的符号是相反的；所以我们又可以写成这样![\-yi(wxi+b)/||w||][-yi_wxi_b_w],因为损失函数是求上面式 子的最小值，分母是一个常数，所以我们令分子最小即可，最终的损失函数为 下面这样，m表示所有分错的点；

![20200826110306519.png][]

3.求梯度

损失函数关于参数w和b的梯度分别为：

![20200826110423269.png][]

4.使用梯度调节参数w和b

![20200826110750162.png][]

5.最后当所有点都正确分类，就停止训练，得到的w和b就是最终模型。

# 3.感知机模型-对偶形式 #

基于上面的感知机模型，对偶模型进行了一些改进。初始的W为0，那么n时刻的w就是所有的点对w的更新之和，每个点更新的次数可以表示为这个点被分错的次数，b也是一样。基于此就得出了w和b的新表达式，其中α为点i对应的w更新的次数\*学习率η；一般离超平面越近分错的次数也就越多；η\*yi\*xi表示一个点一次对w的更新，η\*yi表示一个点一次对b的更新

![20200826130704788.png][]

更新的流程为：

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我们的预测就变成了下面这样，其中xi\*x的内积我们可以提前计算好格拉姆矩阵(内积矩阵)，这样训练的速度会有所提升，所以在通常情况下对偶形式的速度会比随机梯度下降法要快一些。

![y=\\sum\_\{i=1\}^\{n\}\\alpha iyixi \* x + \\sum\_\{i=1\}^\{n\}\\alpha iyi][y_sum_i_1_n_alpha iyixi _ x _ _sum_i_1_n_alpha iyi]

# 4.总结 #

我们介绍了感知机模型，其核心思想是寻找一个超平面对数据进行二分类。使用点到超平面的距离来度量损失。其中有两种常用模型，一种随机梯度下降法，每次选择一个分错的点计算loss，更新w;另一种是对偶算法，使用所有的点历史对w和b的更新来表示w和b,每次更新本次分错的点对应的次数，优点是可以提前计算x的格拉姆矩阵，提升训练速度。

我用清洁的心来缓解疲劳，用善良的灵来为自己疗伤。下面这个视频我看了不下十遍，阿詹将军完美的向我们阐述了什么叫做字字珠玑，撼动人心的九个大字：‘趁着年轻，我偏要勉强’

詹青云：趁着年轻，我偏要勉强——2018华语辩论世界杯决赛，哈佛耶鲁联队vs中国人民大学

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[wxi_b_ _ _w]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%28wxi&plus;b%29%20/%20%7C%7Cw%7C%7C
[wxi_b_w]: https://private.codecogs.com/gif.latex?%7Cwxi&plus;b%7C/%7C%7Cw%7C%7C
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