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一、线性可分支持向量机与硬间隔最大化

对于函数间隔与几何间隔,函数间隔与几何间隔之间的关系:

求最大间隔分离超平面:

凸优化问题
1.目标函数是凸函数 2.可行域是凸集
则局部最优解等价于全局最优解
可得到最大间隔法的算法原理:


并且线性可分数据集的最大间隔分离超平面是存在且唯一的(证明过程见课本),故分离超平面能将训练数据集中的两类点完全正确的分开。
支持向量与间隔边界
对于支持向量与间隔边界,如图所示:

在决定分离超平面时只有支持向量起作用,其他的实例点并不起作用,所以将这类模型称为支持向量机。
对偶问题
可以利用拉格朗日对偶性,通过求解对偶问题来得到原始问题的最优解,利用对偶问题来转化为凸优化问题
(1)定义拉格朗日函数:


求偏导带入,再将目标函数由极大转换成求极小,得到对偶的最优化问题:

有关对偶问题,slater条件,KKT条件的参考资料
最后可得:

完整算法


二、线性可分支持向量机与软间隔最大化
线性支持向量机
由线性可分问题的支持向量机方法到线性不可分,需要修改硬间隔最大化,使其成为软间隔最大化。考虑引入松弛变量和惩罚参数,将线性不可分的线性支持向量机的学习问题变成凸二次优化问题:

下面给出线性支持向量机的定义:

对偶算法

构造拉格朗日函数,计算后得到对偶问题:

完整算法



支持向量


合页损失函数
线性支持向量机学习就是最小化以下目标函数:

则有函数:

该函数称为合页损失函数
故有线性支持向量机原始最优化问题:


三、非线性支持向量机与核函数
当分类问题是非线性时,可以用非线性支持向量机,主要特点是利用核技巧。
核函数

核技巧在向量机中的应用:在对偶问题的目标函数中的内积可以用核函数K来代替,在核函数K给定的条件下,可以利用解线性分类问题的方法求解非线性分类问题的支持向量机。
常用的核函数

非线性支持向量机的学习算法
