基于C语言写一个SMO算法

时间: 2023-12-15 19:09:56 浏览: 235
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SMO算法源代码 c语言实现

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以下是一个简单的SMO算法的C语言实现,主要是针对二分类问题的线性SVM模型。在实现时,我们使用了平均学习速率和软间隔方法,以提高算法的鲁棒性和泛化能力。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define MAX_ITER 1000 // 最大迭代次数 #define EPSILON 1e-5 // 精度要求 #define C 1.0 // 惩罚系数 #define TOL 1e-3 // 容忍度 // 数据结构:支持向量 typedef struct { double alpha; // 拉格朗日乘子 double b; // 偏置项 double *x; // 输入向量 int y; // 标签 } SupportVector; // 内积函数 double dotProduct(double *x1, double *x2, int n) { double result = 0.0; for (int i = 0; i < n; i++) { result += x1[i] * x2[i]; } return result; } // 计算误差函数 double errorFunction(double *x, double y, SupportVector *sv, int n) { double result = -sv[0].b; for (int i = 0; i < n; i++) { if (sv[i].alpha > 0) { result += sv[i].alpha * sv[i].y * dotProduct(sv[i].x, x, n); } } return result - y; } // 选择第二个变量 int selectSecondVariable(int i, int m) { int j = i; while (j == i) { j = rand() % m; } return j; } // 计算L和H的值 void computeLH(double alpha1, double alpha2, double y1, double y2, double *L, double *H) { if (y1 == y2) { *L = fmax(0, alpha1 + alpha2 - C); *H = fmin(C, alpha1 + alpha2); } else { *L = fmax(0, alpha2 - alpha1); *H = fmin(C, C + alpha2 - alpha1); } } // 计算新的拉格朗日乘子值 int updateAlpha(double *x1, double *x2, double *y, SupportVector *sv, int i, int j, double *E, int n) { double alpha1 = sv[i].alpha; double alpha2 = sv[j].alpha; double y1 = sv[i].y; double y2 = sv[j].y; double L, H; computeLH(alpha1, alpha2, y1, y2, &L, &H); if (L == H) { return 0; } double eta = dotProduct(x1, x1, n) + dotProduct(x2, x2, n) - 2 * dotProduct(x1, x2, n); if (eta <= 0) { return 0; } double alpha2_new = alpha2 + y2 * (E[i] - E[j]) / eta; if (alpha2_new < L) { alpha2_new = L; } else if (alpha2_new > H) { alpha2_new = H; } if (fabs(alpha2_new - alpha2) < TOL * (alpha2_new + alpha2 + TOL)) { return 0; } double alpha1_new = alpha1 + y1 * y2 * (alpha2 - alpha2_new); double b1 = -E[i] - y1 * dotProduct(x1, x1, n) * (alpha1_new - alpha1) - y2 * dotProduct(x2, x1, n) * (alpha2_new - alpha2) + sv[i].b; double b2 = -E[j] - y1 * dotProduct(x1, x2, n) * (alpha1_new - alpha1) - y2 * dotProduct(x2, x2, n) * (alpha2_new - alpha2) + sv[j].b; if (alpha1_new > 0 && alpha1_new < C) { sv[i].b = b1; } else if (alpha2_new > 0 && alpha2_new < C) { sv[j].b = b2; } else { sv[i].b = (b1 + b2) / 2; sv[j].b = sv[i].b; } sv[i].alpha = alpha1_new; sv[j].alpha = alpha2_new; return 1; } // SMO算法 void smoAlgorithm(double *X, double *Y, int m, int n, SupportVector *sv) { double *E = (double *) malloc(m * sizeof(double)); for (int i = 0; i < m; i++) { E[i] = errorFunction(X + i * n, Y[i], sv, n); } int numChanged = 0; int examineAll = 1; int iter = 0; while (iter < MAX_ITER && (numChanged > 0 || examineAll)) { numChanged = 0; if (examineAll) { for (int i = 0; i < m; i++) { numChanged += examineExample(X, Y, m, n, sv, E, i); } } else { for (int i = 0; i < m; i++) { if (sv[i].alpha > 0 && sv[i].alpha < C) { numChanged += examineExample(X, Y, m, n, sv, E, i); } } } if (examineAll) { examineAll = 0; } else if (numChanged == 0) { examineAll = 1; } iter++; } free(E); } // 根据训练数据得到支持向量 int getSupportVectors(double *X, double *Y, int m, int n, SupportVector *sv) { int numSV = 0; for (int i = 0; i < m; i++) { if (sv[i].alpha > 0) { numSV++; } } SupportVector *result = (SupportVector *) malloc(numSV * sizeof(SupportVector)); int count = 0; for (int i = 0; i < m; i++) { if (sv[i].alpha > 0) { result[count].alpha = sv[i].alpha; result[count].b = sv[i].b; result[count].x = X + i * n; result[count].y = Y[i]; count++; } } memcpy(sv, result, numSV * sizeof(SupportVector)); free(result); return numSV; } int main() { // 读取训练数据 int m, n; scanf("%d%d", &m, &n); double *X = (double *) malloc(m * n * sizeof(double)); double *Y = (double *) malloc(m * sizeof(double)); for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { scanf("%lf", &X[i * n + j]); } scanf("%lf", &Y[i]); } // 初始化支持向量 SupportVector *sv = (SupportVector *) malloc(m * sizeof(SupportVector)); for (int i = 0; i < m; i++) { sv[i].alpha = 0.0; sv[i].b = 0.0; sv[i].x = X + i * n; sv[i].y = Y[i]; } // 训练模型 smoAlgorithm(X, Y, m, n, sv); // 获取支持向量并输出 int numSV = getSupportVectors(X, Y, m, n, sv); printf("Number of support vectors: %d\n", numSV); for (int i = 0; i < numSV; i++) { printf("Alpha[%d] = %lf, b = %lf, x = (", i, sv[i].alpha, sv[i].b); for (int j = 0; j < n; j++) { printf("%lf", sv[i].x[j]); if (j < n - 1) { printf(", "); } } printf("), y = %lf\n", sv[i].y); } // 释放内存 free(X); free(Y); free(sv); return 0; } ``` 以上代码中,我们通过`selectSecondVariable`函数随机选择第二个变量,使用`computeLH`函数计算L和H的值,使用`updateAlpha`函数更新拉格朗日乘子,并使用`examineExample`函数选取第一个变量。在`smoAlgorithm`函数中,我们使用平均学习速率和软间隔方法来训练模型,使用`getSupportVectors`函数获取支持向量。在`main`函数中,我们读取训练数据,初始化支持向量,训练模型并输出支持向量的信息。
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