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首页粗糙ν-Twin支持向量回归机:融合粗糙集理论的高效建模
本文主要探讨了在粗糙集理论与ν-Twin Support Vector Regression(ν-TWSVR)相结合的基础上,提出了一种新的高效算法——粗糙ν-Twin Support Vector Regression(Rough ν-TWSVR)。该方法源于Rastogi等人于2017年提出的ν-TWSVR和Zhao等人在2009年提出的粗糙支持向量回归(Rough ν-SVR),旨在利用更多数据信息,而非仅依赖ν-TWSVR中的极端数据点。 粗糙ν-TWSVR的关键在于其创新的优化问题构建,它不仅考虑了所有数据点的影响,而且根据数据点在预测模型中的位置赋予不同的权重。这种设计使得该方法能够实现结构风险最小化,自动适应数据集的结构,从而动态控制准确性。相比于传统的ν-TWSVR,粗糙ν-TWSVR引入了双ε值,用于构建上界(或下界)的粗糙管道,而不是单一的ε值,这有助于提高预测的稳定性和鲁棒性。 粗糙管道由正区域、边界区域和负区域组成,这些区域根据ε的设定划分,使得模型对噪声和异常值有更强的抵抗能力。通过这种方法,Rough ν-TWSVR能够在保持高精度的同时,对复杂的数据分布和噪声处理更加灵活和有效。总结来说,本文的主要贡献在于提出了一种融合粗糙集理论和ν-TWSVR优势的回归模型,适用于对数据理解深入且追求精度与鲁棒性的应用场景。
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A Rough ν-Twin Support Vector Regression Machine 5
(ν-TWSVR-1)
min g
1
P
(w
1
, b
1
, ε
1
, ξ) =
c
1
2
(kw
1
k
2
+ b
2
1
) +
1
2
kY − (Aw
1
+ eb
1
)k
2
+ c
2
(ν
1
ε
1
+
1
l
e
T
ξ)
s.t. Y − (Aw
1
+ eb
1
) ≥ −ε
1
e − ξ,
ξ ≥ 0, ε
1
≥ 0.
(4)
(ν-TWSVR-2)
min g
2
P
(w
2
, b
2
, ε
2
, η) =
c
3
2
(kw
2
k
2
+ b
2
2
) +
1
2
kY − (Aw
2
+ eb
2
)k
2
+ c
4
(ν
2
ε
2
+
1
l
e
T
η)
s.t. (Aw
2
+ eb
2
) − Y ≥ −ε
2
e − η,
η ≥ 0, ε
2
≥ 0.
(5)
where parameters ν
1
, ν
2
, c
1
, c
2
, c
3
and c
4
are user specified positive parameters. Defining G = [A, e], υ
1
=
[w
T
1
, b
1
]
T
and υ
2
= [w
T
2
, b
2
]
T
, using the K.K.T optimality conditions, we can obtain the Wolfe dual of (ν-TWSVR-
1) as follows.
(Dual ν-TWSVR-1)
min g
1
D
(α) =
1
2
α
T
G(c
1
I + G
T
G)
−1
G
T
α − Y
T
G(c
1
I + G
T
G)
−1
G
T
α + Y
T
α
s.t. 0 ≤ α ≤
c
2
l
e,
e
T
α ≤ c
2
ν
1
.
(6)
where α is the vector of Lagrangian multipliers.
In a similar way, the dual of the problem (ν-TWSVR-2) can be obtained as
(Dual ν-TWSVR-2)
min g
2
D
(λ) =
1
2
λ
T
G(c
3
I + G
T
G)
−1
G
T
λ + Y
T
G(c
3
I + G
T
G)
−1
G
T
λ − Y
T
λ
s.t. 0 ≤ λ ≤
c
4
l
e,
e
T
λ ≤ c
4
ν
2
.
(7)
where λ is vector of Lagrangian multipliers.
After solving the optimization problem (6) and (7), we can obtain the augmented vector υ
1
= [w
T
1
, b
1
]
T
, and
υ
2
= [w
T
2
, b
2
]
T
as follows,
υ
1
= (c
1
I + G
T
G)
−1
G
T
(Y − α),
υ
2
= (c
3
I + G
T
G)
−1
G
T
(Y + λ).
The final regressor is then obtained by
f(x) =
1
2
(f
1
(x) + f
2
(x)) =
1
2
(w
1
+ w
2
)
T
x +
1
2
(b
1
+ b
2
).
For the non-linear case, the ν-TWSVR considers the following kernel generated hyperplane f
1
(x) = K(x
T
, A
T
)u
1
+
b
1
and f
2
(x) = K(x
T
, A
T
)u
2
+ b
2
, which are obtained by solving the following pairs of QP problems,
(Kernel ν-TWSVR-1)
min g
1
P
(u
1
, b
1
, ε
1
, ξ) =
c
1
2
(ku
1
k
2
+ b
2
1
) +
1
2
k(Y − (K(A, A
T
)u
1
+ eb
1
)k
2
+ c
2
(ν
1
ε
1
+
1
l
e
T
ξ)
s.t. Y − (K(A, A
T
)u
1
+ eb
1
) ≥ −ε
1
e − ξ,
ξ ≥ 0, ε
1
≥ 0.
(8)
(Kernel ν-TWSVR-2)
min g
2
P
(u
2
, b
2
, ε
2
, η) =
c
3
2
(ku
2
k
2
+ b
2
2
) +
1
2
k(Y − (K(A, A
T
)u
2
+ eb
2
)k
2
+ c
4
(ν
2
ε
2
+
1
l
e
T
η)
s.t. (K(A, A
T
)u
2
+ eb
2
) − Y ≥ −ε
2
e − η,
η ≥ 0, ε
2
≥ 0.
(9)
Similar to the linear case, the (Kernel ν-TWSVR-1) and (Kernel ν-TWSVR-2) are solved in their dual forms using
the K.K.T optimality conditions.
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