支持向量机(SVM)中核函数的本质意义

作者 : admin 本文共1651个字,预计阅读时间需要5分钟 发布时间: 2024-06-16 共1人阅读

本质上在做什么?
内积是距离度量,核函数相当于将低维空间的距离映射到高维空间的距离,并非对特征直接映射。
为什么要求核函数是对称且Gram矩阵是半正定?
核函数对应某一特征空间的内积,要求①核函数对称;②Gram矩阵半正定。
证明内积对应的Gram矩阵半正定:

α

T

K

α

=

[

α

1

,

α

2

,


,

α

n

]

[

κ

(

x

1

,

x

1

)

κ

(

x

1

,

x

2

)

κ

(

x

1

,

x

n

)

κ

(

x

2

,

x

1

)

κ

(

x

2

,

x

2

)

κ

(

x

1

,

x

n

)

κ

(

x

n

,

x

1

)

κ

(

x

n

,

x

2

)

κ

(

x

n

,

x

n

)

]

[

α

1

α

2

α

n

]

=

i

=

1

n

j

=

1

n

α

i

κ

(

x

i

,

x

j

)

α

j

=

i

=

1

n

j

=

1

n

α

i

α

j

ϕ

(

x

i

)

,

ϕ

(

x

j

)

=

i

=

1

n

α

i

ϕ

(

x

i

)

,

j

=

1

n

α

j

ϕ

(

x

j

)

=

i

=

1

n

α

i

ϕ

(

x

i

)

2

2

0

\begin{aligned} {{ \bm \alpha}^{\rm T} {\bm K} { \bm \alpha}} &=\begin{bmatrix} {\alpha}_1, {\alpha}_2, \cdots, {\alpha}_n \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \kappa \left( {\bm x}_1, {\bm x}_1 \right) &\kappa \left( {\bm x}_1, {\bm x}_2 \right) &\cdots &\kappa \left( {\bm x}_1, {\bm x}_n \right) \ \kappa \left( {\bm x}_2, {\bm x}_1 \right) &\kappa \left( {\bm x}_2, {\bm x}_2 \right) &\cdots &\kappa \left( {\bm x}_1, {\bm x}_n \right) \ \vdots &\vdots &\ddots &\vdots \ \kappa \left( {\bm x}_n, {\bm x}_1 \right) &\kappa \left( {\bm x}_n, {\bm x}_2 \right) &\cdots &\kappa \left( {\bm x}_n, {\bm x}_n \right) \ \end{bmatrix} \begin{bmatrix} {\alpha}_1 \ {\alpha}_2 \ \vdots \ {\alpha}_n \ \end{bmatrix} \ &= \sum\limits_{i=1}^{n} \sum\limits_{j=1}^{n} {\alpha}_i \kappa \left( {\bm x}_i, {\bm x}_j \right) {\alpha}_j \ &= \sum\limits_{i=1}^{n} \sum\limits_{j=1}^{n} {\alpha}_i {\alpha}_j \langle \phi \left( {\bm x}_i \right), \phi \left( {\bm x}_j \right) \rangle\ &= \langle \sum\limits_{i=1}^{n} {\alpha}_i \phi \left( {\bm x}_i \right), \sum\limits_{j=1}^{n} {\alpha}_j \phi \left( {\bm x}_j \right) \rangle \ &= \lVert \sum\limits_{i=1}^{n} {\alpha}_i \phi \left( {\bm x}_i \right) \rVert^2_2 \ &\geqslant 0 \end{aligned}

αTKα=[α1,α2,,αn]

κ(x1,x1)κ(x2,x1)κ(xn,x1)κ(x1,x2)κ(x2,x2)κ(xn,x2)κ(x1,xn)κ(x1,xn)κ(xn,xn)

α1α2αn

=i=1nj=1nαiκ(xi,xj)αj=i=1nj=1nαiαjϕ(xi),ϕ(xj)=i=1nαiϕ(xi),j=1nαjϕ(xj)=i=1nαiϕ(xi)220

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