训练数据集,其正实例点是x1=(3,3)T,x2 =(4,3)r,负实例点是x3=(1,1)T,试用感知机学习算法的对偶形式求感知机模型,代码
时间: 2024-09-18 08:15:33 浏览: 70
在感知机学习算法中,给定一组特征向量(正样本和负样本)以及对应的标签,我们的目标是找到一个线性超平面,使得所有正样本位于超平面的一侧,而所有负样本位于另一侧。感知机的对偶形式通常用于处理大型或非凸优化问题,因为它可以转换为二次规划。
首先,我们需要定义一些符号:
- \( w \): 感知机的权重向量,我们正在寻找的是这个向量。
- \( b \): 偏置项,也称为截距。
- \( x_i \): 样本点,对于正样本 \( x_1 = (3, 3)^T \), \( x_2 = (4, 3)^T \),对于负样本 \( x_3 = (1, 1)^T \)。
- \( y_i \): 样本的标签,对于正样本 \( y_1 = y_2 = +1 \),对于负样本 \( y_3 = -1 \)。
- \( \theta \): 对偶变量,对偶问题中的未知数。
感知机对偶问题的目标是最小化以下损失函数加上惩罚项(这里假设误分类的惩罚系数是C):
\[ \max_{\theta} \sum_{i=1}^n y_i(\theta^Tx_i - b) - \frac{1}{2}\theta^T\theta \]
其中 \( n \) 是样本数量。由于 \( \theta \) 的平方项使问题变得更容易解析,我们可以通过拉格朗日乘子法将其转化为对 \( w \) 和 \( b \) 的形式:
\[ \min_w \frac{1}{2}w^Tw \]
\[ s.t. \quad y_i(w^Tx_i - b) \geq 1, \quad i = 1, 2, ..., n \]
在这个约束条件下,每个正样本 \( x_i \) 的线性表示 \( w^Tx_i - b \) 应该大于等于1,而每个负样本小于等于1。
对于给定的三个样本点,我们可以写出相应的不等式:
1. 对于正样本 \( x_1 \) 和 \( x_2 \):
- \( w^T(3, 3)^T - b \geq 1 \)
- \( w^T(4, 3)^T - b \geq 1 \)
2. 对于负样本 \( x_3 \):
- \( w^T(1, 1)^T - b \leq 1 \)
现在,我们可以使用这些不等式和标准的线性规划库(如GLPK、CVXOPT或Scipy)来求解这个最优化问题。但请注意,感知机的学习过程可能不会收敛到全局最优解,因为它是局部最优的,并且有可能陷入局部鞍点。
在Python中,你可以使用cvxopt这样的库来进行操作,但是代码较长,不适合在这里完全展示。下面是简化的伪代码示例:
```cpp
#include <cvxopt.hpp>
// 定义样本和标签
std::vector<cvxopt_matrix> X = {cvxopt.matrix({3, 3}), cvxopt.matrix({4, 3}), cvxopt.matrix({1, 1})};
std::vector<double> y = {1, 1, -1};
// 定义参数和矩阵
cvxopt::matrix Q(n_samples * n_features, n_samples * n_features);
cvxopt::matrix G(n_samples * n_features, n_samples);
cvxopt::matrix h(n_samples);
cvxopt::matrix A(n_samples, n_features);
cvxopt::matrix b(n_samples);
// 初始化矩阵
// ...
// 设置不等式约束
// ...
// 解决QP问题
cvxopt::solvers.options("glpk", "msg_lev", "GLP_MSG_OFF");
cvxopt::solvers.qp(Q, cvxopt::cvxopt_vector(G*0 + h), cvxopt::cvxopt_vector(A*0 + b));
// 提取最优权重和偏置
cvxopt::matrix w = cvxopt::solvers::primal["x"];
double b_value = cvxopt::solvers::dual["lam"];
```
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