线性分类器Part 2

2017年07月20日 14:58 | 908次浏览

上回说到对于文本分类这样的不适定问题(有一个以上解的问题称为不适定问题),需要有一个指标来衡量解决方案(即我们通过训练建立的分类模型)的好坏,而分类间隔是一个比较好的指标。

在进行文本分类的时候,我们可以让计算机这样来看待我们提供给它的训练样本,每一个样本由一个向量(就是那些文本特征所组成的向量)和一个标记(标示出这个样本属于哪个类别)组成。如下:

Di=(xi,yi)

xi就是文本向量(维数很高),yi就是分类标记。

在二元的线性分类中,这个表示分类的标记只有两个值,1和-1(用来表示属于还是不属于这个类)。有了这种表示法,我们就可以定义一个样本点到某个超平面的间隔:

δi=yi(wxi+b)

这个公式乍一看没什么神秘的,也说不出什么道理,只是个定义而已,但我们做做变换,就能看出一些有意思的东西。

首先注意到如果某个样本属于该类别的话,那么wxi+b>0(记得么?这是因为我们所选的g(x)=wx+b就通过大于0还是小于0来判断分类),而yi也大于0;若不属于该类别的话,那么wxi+b<0,而yi也小于0,这意味着yi(wxi+b)总是大于0的,而且它的值就等于|wxi+b|!(也就是|g(xi)|)

现在把w和b进行一下归一化,即用w/||w||和b/||w||分别代替原来的w和b,那么间隔就可以写成

这个公式是不是看上去有点眼熟?没错,这不就是解析几何中点xi到直线g(x)=0的距离公式嘛!(推广一下,是到超平面g(x)=0的距离, g(x)=0就是上节中提到的分类超平面)

小Tips:||w||是什么符号?||w||叫做向量w的范数,范数是对向量长度的一种度量。我们常说的向量长度其实指的是它的2-范数,范数最一般的表示形式为p-范数,可以写成如下表达式

向量w=(w1, w2, w3,…… wn)

它的p-范数为

看看把p换成2的时候,不就是传统的向量长度么?当我们不指明p的时候,就像||w||这样使用时,就意味着我们不关心p的值,用几范数都可以;或者上文已经提到了p的值,为了叙述方便不再重复指明。

当用归一化的w和b代替原值之后的间隔有一个专门的名称,叫做几何间隔,几何间隔所表示的正是点到超平面的欧氏距离,我们下面就简称几何间隔为“距离”。以上是单个点到某个超平面的距离(就是间隔,后面不再区别这两个词)定义,同样可以定义一个点的集合(就是一组样本)到某个超平面的距离为此集合中离超平面最近的点的距离。下面这张图更加直观的展示出了几何间隔的现实含义:

H是分类面,而H1和H2是平行于H,且过离H最近的两类样本的直线,H1与H,H2与H之间的距离就是几何间隔。

之所以如此关心几何间隔这个东西,是因为几何间隔与样本的误分次数间存在关系:

其中的δ是样本集合到分类面的间隔,R=max ||xi||  i=1,...,n,即R是所有样本中(xi是以向量表示的第i个样本)向量长度最长的值(也就是说代表样本的分布有多么广)。先不必追究误分次数的具体定义和推导过程,只要记得这个误分次数一定程度上代表分类器的误差。而从上式可以看出,误分次数的上界由几何间隔决定!(当然,是样本已知的时候)

至此我们就明白为何要选择几何间隔来作为评价一个解优劣的指标了,原来几何间隔越大的解,它的误差上界越小。因此最大化几何间隔成了我们训练阶段的目标,而且,与二把刀作者所写的不同,最大化分类间隔并不是SVM的专利,而是早在线性分类时期就已有的思想。



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