2020深度學(xué)習(xí)—感知機(jī)(2)

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感知器算法(Perceptron Algorithm)

  • 隨機(jī)選擇 Wb
  • 取一個(gè)訓(xùn)練樣本 (X,y)
    • W^TX + b > 0y=-1W = W -X\,b=b-1
    • W^TX + b < 0y=+1W = W -X\,b=b+1
  • 再取另一個(gè)(X,y) 回到(2)
  • 終止條件: 直到所有輸入輸出對(duì)都不滿(mǎn)足(2)中(i)和(ii)之一,退出循環(huán)

SVM 與神經(jīng)網(wǎng)

SVM 適合處理小樣本讶迁,而感知機(jī)特別是后來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要的大數(shù)據(jù)雏婶。神經(jīng)網(wǎng)模型沒(méi)有 SVM 那么美,也沒(méi)有 SVM 那么嚴(yán)謹(jǐn)。

SVM 首先將 X 和 y 全部輸入到模型折欠,然后所有樣本來(lái)建立一個(gè)很大優(yōu)化問(wèn)題叠萍,然后再去解這個(gè)優(yōu)化的問(wèn)題。以全局眼光來(lái)看所有樣本來(lái)做這件事渡讼。感知器與 SVM 最大不同就是感知器一批一批接收樣本然后不斷地優(yōu)化參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型訓(xùn)練骂束。

而感知機(jī),每次只看一部分模型成箫,然后進(jìn)行學(xué)習(xí)更新參數(shù)展箱,最后看看結(jié)果怎么樣,如果結(jié)果不算好蹬昌,繼續(xù)投入樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)更新參數(shù)混驰。這樣學(xué)習(xí)過(guò)程更加符合我們?nèi)祟?lèi)實(shí)際情況。

  • W^TX + b > 0 的情況下會(huì)將 y 分類(lèi)到 +1 所以也就是說(shuō)明目前的W^TX + b 不能對(duì) X 正確分類(lèi)皂贩,所以接下來(lái)做了W = W -X\,b=b-1 來(lái)更新參數(shù)
    \begin{aligned} W_{new}^TX + b_{new}\\ = (W - X)^TX + (b-1)\\ = (W^TX + b) -(||X||^2 + 1) \end{aligned}

那么我們想一下栖榨,現(xiàn)在我們希望將W^TX + b 向負(fù)方向移動(dòng),那么移動(dòng)距離就是(||X||^2 + 1)

  • W^TX + b < 0 的情況下會(huì)將 y 分類(lèi)到 -1 所以也就是說(shuō)明目前的W^TX + b 不能對(duì) X 正確分類(lèi)明刷,所以接下來(lái)做了W = W + X\,b=b+1 來(lái)更新參數(shù)

這里存在一個(gè)問(wèn)題婴栽,經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整也不會(huì)停止情況,如果數(shù)據(jù)是線(xiàn)性可分辈末,經(jīng)過(guò)調(diào)整最終調(diào)整會(huì)停止下來(lái)愚争。但是感知機(jī)分開(kāi)效果沒(méi)有 SVM 那么好。

定義一個(gè)增廣向量\vec{X} ,若 y=+1\vec{X} = \begin{bmatrix} X & 1 \end{bmatrix}^T挤聘,若 y=-1\vec{X} = \begin{bmatrix} -X & -1 \end{bmatrix}^T轰枝,所謂增廣就是給 X 增加一個(gè)維度。這樣寫(xiě)方便组去,增廣的 W 如下 W = \begin{bmatrix} W & b \end{bmatrix}^T 我們可以用增廣的\vec{X}W 來(lái)打入上式

  • 輸入\vec{X_i}
  • 隨機(jī)選擇 W
  • 取一個(gè)訓(xùn)練樣本 \vec{X_i}
    • W^T\vec{X_i} < 0W=W+ \vec{X_i}
  • 再取另一個(gè) (X,y) 回到(2)
  • 終止條件: 直到所有輸入輸出對(duì)都不滿(mǎn)足(2)中(i)和(ii)之一狸膏,退出循環(huán)。現(xiàn)在我們用 W^T\vec{X_i} < 0 替換掉上面兩個(gè)不等式√碚現(xiàn)在找 W 使?jié)M足 W^T\vec{X_i} \ge 0

感知器算法收斂算法定理

輸入增廣向量 \{ \vec{X_i} \}_{i=1-N} 若線(xiàn)性可分湾戳,即存在 W_{opt} 使 W_{opt}^T\vec{X_i} > 0 則利用上述感知器算法贤旷,經(jīng)過(guò)有限步得到一個(gè) W,使 W\vec{X_i} > 0 \,

證明: 不失一般性砾脑,設(shè)||W_{opt}||=1, 這樣做的原因是 W_{opt}a W_{opt} 是同一個(gè)平面幼驶,所以可以用 a 參數(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,假設(shè)第 k 步的 WW_k, 且有一個(gè)\vec{X_i} 使 W_k^T \vec{X_i} < 0 ,根據(jù)感知機(jī)算法:

\begin{aligned} W_{k+1} = W_k + \vec{X_i} \\ W_{k+1} - a W_{opt} = W_k + \vec{X_i} - a W_{opt} \\ ||W_{k+1} - a W_{opt}||^2 = ||W_k + \vec{X_i} - a W_{opt}||^2 \\ ||W_{k+1} - a W_{opt}||^2 = ||(W_k - a W_{opt})+ \vec{X_i} ||^2 \\ = ||(W_k - a W_{opt})||^2 + ||\vec{X_i} ||^2 + 2 W_k\vec{X_i} - 2aW_{opt}^T\vec{X_i} \end{aligned}

既然存在 aW_{opt} 存在韧衣,而根據(jù)上面假設(shè)則有 aW_{opt}^T\vec{X_i} > 0 W_k\vec{X_i} 一定可以取很大 a 使得||(W_{k+1} - a W_{opt})||^2 < ||W_k - a W_{opt}||^2 然后經(jīng)過(guò)不斷迭代都會(huì)使 W_{k+1}W_{opt} 距離變小盅藻。

定義一個(gè) \beta = \max_{i=1-N}\{||\vec{X_i}||\} 定義一個(gè) \gamma = \min_{i=1-N}(W_{opt^T}X_i) 如果取 a = \frac{\beta^2 +1}{2 \gamma}
||(W_{k+1} - a W_{opt})||^2 < ||W_k - a_{opt}||^2 - 1

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