支持向量回归简介

支持向量回归简介
支持向量回归简介

支持向量回归简介

人类通过学习,从已知的事实中分析、总结出规律,并且根据规律对未来

的现象或无法观测的现象做出正确的预测和判断,即获得认知的推广能力。在对智能机器的研究当中,人们也希望能够利用机器(计算机)来模拟人的良好学习能力,这就是机器学习问题。基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面,机器学习的目的是通过对已知数据的学习,找到数据内在的相互依赖关系,从而获得对未知数据的预测和判断能力,在过去的十几年里,人工神经网络以其强大的并行处理机制、任意函数的逼近能力,学习能力以及自组织和自适应能力等在模式识别、预测和决策等领域得到了广泛的应用。但是神经网络受到网络结构复杂性和样本复杂性的影响较大,容易出现“过学习”或低泛化能力。特别是神经网络学习算法缺乏定量的分析与完备的理论基础支持,没有在本质上推进学习过程本质的认识。

现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论,现有学习方法也多是基于此假设。但在实际问题中,样本数往往是有限的,因此一些理论上很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。

与传统统计学相比, 统计学习理论(Statistical Learning

Theory 或SLT ) 是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论Vladimir N. Vapnik 等人从六、七十年代开始致力于此方面研究,到九十年代中期,随着其理论的不断发展和成熟[17] ,也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实

质性进展, 统计学习理论开始受到越来越广泛的重视。

统计学习理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的,为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。它能将很多现有方法纳入其中,有望帮助解决许多原来难以解决的问题(比如神经网络结构选择问题、局部极小点问题)等;同时, 在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法—支持向量机(Support Vector Machine 或SVM ) ,它已初步表现出很多优于已有方法的性能。一些学者认为,SVM 正在成为继神经网络研究之后新的研究热点,并将有力地推动机

器学习理论和技术的发展。

支持向量机(SVM )是一种比较好的实现了结构风险最小化思想的方法。它的机器学习策略是结构风险最小化原则为了最小化期望风险,应同时最小化经验风险和置信范围)

支持向量机方法的基本思想:

(1 )它是专门针对有限样本情况的学习机器,实现的是结构风险最小化:在对给定的数据逼近的精度与逼近函数的复杂性之间寻求折衷,以期获得最好的推广能力;

(2 )它最终解决的是一个凸二次规划问题,从理论上说,得到的将是全局最优解,解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题;

(3 )它将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间,在高维空间中构造线性决策函数来实现原空间中的非线性决策函数,巧妙地解决了维数问题,并保证了有较好的推广能力,而且算法复杂度与样本维数无关。

目前,SVM 算法在模式识别、回归估计、概率密度函数估计等方面都有应用,且算法在效率与精度上已经超过传统的学习算法或与之不相上下。

对于经验风险R,可以采用不同的损失函数来描述,如e不敏感函数、Quadratic函数、Huber函数、Laplace函数等。

核函数一般有多项式核、高斯径向基核、指数径向基核、多隐层感知核、傅立叶级数核、样条核、 B 样条核等,虽然一些实验表明在分类中不同的核函数能够产生几乎同样的结果,但在回归中,不同的核函数往往对拟合结果有较大的影响

支持向量回归算法主要是通过升维后,在高维空间中构造线性决策函数来实现线性回归,用e不敏感函数时,其基础主要是 e不敏感函数和核函数算法。若将拟合的数学模型表达多维空间的某一曲线,则根据e不敏感函数所得的结果,就是包括该曲线和训练点的“e管道”。在所有样本点中,只有分布在“管壁”上的那一部分样本点决定管道的位置。这一部分训练样本称为“支持向量”。为适应训练样本集的非线性,传统的拟合方法通常是在线性方程后面加高阶项。此法诚然有效,但由此增加的可调参数未免增加了过拟合的风险。支持向量回归算法采用核函数解决这一矛盾。用核函数代替线性方程中的线性项可以使原来的线性算法“非线性化”,即能做非线性回归。与此同时,引进核函数达到了“升维”的目的,而增加的可调参数是过拟合依然能控制。

支持向量回归简介

支持向量回归简介 人类通过学习,从已知的事实中分析、总结出规律,并且根据规律对未来 的现象或无法观测的现象做出正确的预测和判断,即获得认知的推广能力。在对智能机器的研究当中,人们也希望能够利用机器(计算机)来模拟人的良好学习能力,这就是机器学习问题。基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面,机器学习的目的是通过对已知数据的学习,找到数据内在的相互依赖关系,从而获得对未知数据的预测和判断能力,在过去的十几年里,人工神经网络以其强大的并行处理机制、任意函数的逼近能力,学习能力以及自组织和自适应能力等在模式识别、预测和决策等领域得到了广泛的应用。但是神经网络受到网络结构复杂性和样本复杂性的影响较大,容易出现“过学习”或低泛化能力。特别是神经网络学习算法缺乏定量的分析与完备的理论基础支持,没有在本质上推进学习过程本质的认识。 现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论,现有学习方法也多是基于此假设。但在实际问题中,样本数往往是有限的,因此一些理论上很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。 与传统统计学相比, 统计学习理论(Statistical Learning Theory 或SLT ) 是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论Vladimir N. Vapnik 等人从六、七十年代开始致力于此方面研究,到九十年代中期,随着其理论的不断发展和成熟[17] ,也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实 质性进展, 统计学习理论开始受到越来越广泛的重视。 统计学习理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的,为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。它能将很多现有方法纳入其中,有望帮助解决许多原来难以解决的问题(比如神经网络结构选择问题、局部极小点问题)等;同时, 在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法—支持向量机(Support Vector Machine 或SVM ) ,它已初步表现出很多优于已有方法的性能。一些学者认为,SVM 正在成为继神经网络研究之后新的研究热点,并将有力地推动机 器学习理论和技术的发展。 支持向量机(SVM )是一种比较好的实现了结构风险最小化思想的方法。它的机器学习策略是结构风险最小化原则为了最小化期望风险,应同时最小化经验风险和置信范围) 支持向量机方法的基本思想: (1 )它是专门针对有限样本情况的学习机器,实现的是结构风险最小化:在对给定的数据逼近的精度与逼近函数的复杂性之间寻求折衷,以期获得最好的推广能力; (2 )它最终解决的是一个凸二次规划问题,从理论上说,得到的将是全局最优解,解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题; (3 )它将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间,在高维空间中构造线性决策函数来实现原空间中的非线性决策函数,巧妙地解决了维数问题,并保证了有较好的推广能力,而且算法复杂度与样本维数无关。 目前,SVM 算法在模式识别、回归估计、概率密度函数估计等方面都有应用,且算法在效率与精度上已经超过传统的学习算法或与之不相上下。

支持向量机及支持向量回归简介

3.支持向量机(回归) 3.1.1 支持向量机 支持向量机(SVM )是美国Vapnik 教授于1990年代提出的,2000年代后成为了很受欢迎的机器学习方法。它将输入样本集合变换到高维空间使得其分离性状况得到改善。它的结构酷似三层感知器,是构造分类规则的通用方法。SVM 方法的贡献在于,它使得人们可以在非常高维的空间中构造出好的分类规则,为分类算法提供了统一的理论框架。作为副产品,SVM 从理论上解释了多层感知器的隐蔽层数目和隐节点数目的作用,因此,将神经网络的学习算法纳入了核技巧范畴。 所谓核技巧,就是找一个核函数(,)K x y 使其满足(,)((),())K x y x y φφ=,代 替在特征空间中内积(),())x y φφ(的计算。因为对于非线性分类,一般是先找一个非线性映射φ将输入数据映射到高维特征空间,使之分离性状况得到很大改观,此时在该特征空间中进行分类,然后再返会原空间,就得到了原输入空间的非线性分类。由于内积运算量相当大,核技巧就是为了降低计算量而生的。 特别, 对特征空间H 为Hilbert 空间的情形,设(,)K x y 是定义在输入空间 n R 上的二元函数,设H 中的规范正交基为12(),(),...,(), ...n x x x φφφ。如果 2 2 1 (,)((),()), {}k k k k k K x y a x y a l φφ∞ == ∈∑ , 那么取1 ()() k k k x a x φφ∞ ==∑ 即为所求的非线性嵌入映射。由于核函数(,)K x y 的定义 域是原来的输入空间,而不是高维的特征空间。因此,巧妙地避开了计算高维内 积 (),())x y φφ(所需付出的计算代价。实际计算中,我们只要选定一个(,)K x y ,

支持向量机分类器

支持向量机分类器 1 支持向量机的提出与发展 支持向量机( SVM, support vector machine )是数据挖掘中的一项新技术,是借助于最优化方法来解决机器学习问题的新工具,最初由V.Vapnik 等人在1995年首先提出,近几年来在其理论研究和算法实现等方面都取得了很大的进展,开始成为克服“维数灾难”和过学习等困难的强有力的手段,它的理论基础和实现途径的基本框架都已形成。 根据Vapnik & Chervonenkis的统计学习理论 ,如果数据服从某个(固定但未知的)分布,要使机器的实际输出与理想输出之间的偏差尽可能小,则机器应当遵循结构风险最小化 ( SRM,structural risk minimization)原则,而不是经验风险最小化原则,通俗地说就是应当使错误概率的上界最小化。SVM正是这一理论的具体实现。与传统的人工神经网络相比, 它不仅结构简单,而且泛化( generalization)能力明显提高。 2 问题描述 2.1问题引入 假设有分布在Rd空间中的数据,我们希望能够在该空间上找出一个超平面(Hyper-pan),将这一数据分成两类。属于这一类的数据均在超平面的同侧,而属于另一类的数据均在超平面的另一侧。如下图。 比较上图,我们可以发现左图所找出的超平面(虚线),其两平行且与两类数据相切的超平面(实线)之间的距离较近,而右图则具有较大的间隔。而由于我们希望可以找出将两类数据分得较开的超平面,因此右图所找出的是比较好的超平面。 可以将问题简述如下: 设训练的样本输入为xi,i=1,…,l,对应的期望输出为yi∈{+1,-1},其中+1和-1分别代表两类的类别标识,假定分类面方程为ω﹒x+b=0。为使分类面对所有样本正确分类并且具备分类间隔,就要求它满足以下约束条件: 它追求的不仅仅是得到一个能将两类样本分开的分类面,而是要得到一个最优的分类面。 2.2 问题的数学抽象 将上述问题抽象为: 根据给定的训练集

基于支持向量回归的行程时间预测算法

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1713203043.html, 基于支持向量回归的行程时间预测算法 作者:邱淳风王珊王超群 来源:《计算机时代》2014年第04期 摘要:作为交通规划、运营和通行能力评估的重要指标,行程时间的预测对出行者的路线和时间点的选择,以及交通规划部门的信号控制策略有着重要的实际意义。对于高级交通诱导系统而言,行程时间预测是一项关键的研究内容。现有行程时间预测方法较少,且预测误差较大。为此,运用浮动车和微波雷达测速数据,提出了基于支持向量机解决行程时间预测的方法,并且与历史平均法进行了比较。在杭州市高架路线上的实验结果表明,所提方法的预测精度大幅度超过了历史平均法。 关键词:支持向量机;行程时间;智能交通;历史平均 中图分类号:TP391 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2014)04-40-03 Abstract: As an important indicator of transportation planning, operations and capacity assessment, the forecasted travel time has important practical meaning for the choice of route and timing, as well as for traffic signal control strategy of transportation planning department. For advanced transportation guidance systems, it is a key issue to predict travel times between pairs of points of interest. There are few travel time prediction methods with high probability of prediction error. In this paper, the speed data returned from probe vehicles and microwave radars is used to predict travel times based on support vector regression(SVR), and the new algorithm is compared to the historical mean algorithm. The experimental results over elevatedroads in Hangzhou show that the SVR based algorithm significantly outperforms the historical mean algorithm. Key words: support vector machine; travel time; intelligent transportation; historical average 0 引言 行程时间是交通规划、运营和通行能力评估的重要指标。基于预测的行程时间,出行者可以直观地进行路线选择或者出行时间点的选择,交通规划部门能够做出合理的信号控制策略。因此,准确预测行程时间具有重要的应用价值。 支持向量机(SVM)[1]是Vapnik在1995年提出的,已经被广泛地应用到监督分类领 域。因为该方法采用了结构风险最小化的设计,比起经验风险最小化方法,其泛化能力更强,因此往往表现出较强的测试精度。特别地,工程实践往往难以获得大量标注样本,而SVM在小样本学习问题上表现出较佳的性能。另外,SVM采用严格的数值计算方法,不会收敛到局部最小解。在智能交通领域,运用SVM解决交通状态评估的工作较多,并且能得到高精度的路况估计结果。

(完整版)支持向量回归机

3.3 支持向量回归机 SVM 本身是针对经典的二分类问题提出的,支持向量回归机(Support Vector Regression ,SVR )是支持向量在函数回归领域的应用。SVR 与SVM 分类有以下不同:SVM 回归的样本点只有一类,所寻求的最优超平面不是使两类样本点分得“最开”,而是使所有样本点离超平面的“总偏差”最小。这时样本点都在两条边界线之间,求最优回归超平面同样等价于求最大间隔。 3.3.1 SVR 基本模型 对于线性情况,支持向量机函数拟合首先考虑用线性回归函数 b x x f +?=ω)(拟合n i y x i i ,...,2,1),,(=,n i R x ∈为输入量,R y i ∈为输出量,即 需要确定ω和b 。 图3-3a SVR 结构图 图3-3b ε不灵敏度函数 惩罚函数是学习模型在学习过程中对误差的一种度量,一般在模型学习前己经选定,不同的学习问题对应的损失函数一般也不同,同一学习问题选取不同的损失函数得到的模型也不一样。常用的惩罚函数形式及密度函数如表3-1。 表3-1 常用的损失函数和相应的密度函数 损失函数名称 损失函数表达式()i c ξ% 噪声密度 ()i p ξ ε -不敏感 i εξ 1 exp()2(1) i εξε-+ 拉普拉斯 i ξ 1 exp()2 i ξ- 高斯 212 i ξ 21 exp()22i ξπ -

标准支持向量机采用ε-不灵敏度函数,即假设所有训练数据在精度ε下用线性函数拟合如图(3-3a )所示, ** ()()1,2,...,,0 i i i i i i i i y f x f x y i n εξεξξξ-≤+??-≤+=??≥? (3.11) 式中,*,i i ξξ是松弛因子,当划分有误差时,ξ,*i ξ都大于0,误差不存在取0。这时,该问题转化为求优化目标函数最小化问题: ∑=++?=n i i i C R 1 ** )(21 ),,(ξξωωξξω (3.12) 式(3.12)中第一项使拟合函数更为平坦,从而提高泛化能力;第二项为减小误差;常数0>C 表示对超出误差ε的样本的惩罚程度。求解式(3.11)和式(3.12)可看出,这是一个凸二次优化问题,所以引入Lagrange 函数: * 11 ****1 1 1()[()] 2[()]() n n i i i i i i i i n n i i i i i i i i i i L C y f x y f x ωωξξαξεαξεξγξγ=====?++-+-+-+-+-+∑∑∑∑ (3.13) 式中,α,0*≥i α,i γ,0*≥i γ,为Lagrange 乘数,n i ,...,2,1=。求函数L 对ω, b ,i ξ,*i ξ的最小化,对i α,*i α,i γ,*i γ的最大化,代入Lagrange 函数得到对偶形式,最大化函数:

支持向量机数据分类预测

支持向量机数据分类预测 一、题目——意大利葡萄酒种类识别 Wine数据来源为UCI数据库,记录同一区域三种品种葡萄酒的化学成分,数据有178个样本,每个样本含有13个特征分量。50%做为训练集,50%做为测试集。 二、模型建立 模型的建立首先需要从原始数据里把训练集和测试集提取出来,然后进行一定的预处理,必要时进行特征提取,之后用训练集对SVM进行训练,再用得到的模型来预测试集的分类。 三、Matlab实现 3.1 选定训练集和测试集 在178个样本集中,将每个类分成两组,重新组合数据,一部分作为训练集,一部分作为测试集。 % 载入测试数据wine,其中包含的数据为classnumber = 3,wine:178*13的矩阵,wine_labes:178*1的列向量 load chapter12_wine.mat; % 选定训练集和测试集 % 将第一类的1-30,第二类的60-95,第三类的131-153做为训练集 train_wine = [wine(1:30,:);wine(60:95,:);wine(131:153,:)]; % 相应的训练集的标签也要分离出来 train_wine_labels = [wine_labels(1:30);wine_labels(60:95);wine_labels(131:153)]; % 将第一类的31-59,第二类的96-130,第三类的154-178做为测试集 test_wine = [wine(31:59,:);wine(96:130,:);wine(154:178,:)]; % 相应的测试集的标签也要分离出来 test_wine_labels = [wine_labels(31:59);wine_labels(96:130);wine_labels(154:178)]; 3.2数据预处理 对数据进行归一化: %% 数据预处理 % 数据预处理,将训练集和测试集归一化到[0,1]区间 [mtrain,ntrain] = size(train_wine); [mtest,ntest] = size(test_wine); dataset = [train_wine;test_wine]; % mapminmax为MATLAB自带的归一化函数 [dataset_scale,ps] = mapminmax(dataset',0,1); dataset_scale = dataset_scale';

基于支持向量机回归模型的海量数据预测

2007,43(5)ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用 1问题的提出 航空公司在客舱服务部逐步实行“费用包干”政策,即:综合各方面的因素,总公司每年给客舱服务部一定额度的经费,由客舱服务部提供客舱服务,而客舱服务产生的所有费用,由客舱服务部在“费用包干额度”中自行支配。新的政策既给客舱服务部的管理带来了机遇,同时也带来了很大的挑战。通过“费用包干”政策的实施,公司希望能够充分调用客舱服务部的积极性和主动性,进一步改进管理手段,促进新的现代化管理机制的形成。 为了进行合理的分配,必须首先搞清楚部门的各项成本、成本构成、成本之间的相互关系。本文首先对成本组成进行分析,然后用回归模型和支持向量机预测模型对未来的成本进行预测[1-3],并对预测结果的评价和选取情况进行了分析。 2问题的分析 由于客舱服务部的特殊性,“费用包干”政策的一项重要内容就集中在小时费的重新分配问题上,因为作为客舱乘务员的主要组成部分—— —“老合同”员工的基本工资、年龄工资以及一些补贴都有相应的政策对应,属于相对固定的部分,至少目前还不是调整的最好时机。乘务员的小时费收入则是根据各自的飞行小时来确定的变动收入,是当前可以灵活调整的部分。实际上,对于绝大多数员工来说,小时费是其主要的收入部分,因此,用于反映乘务人员劳动强度的小时费就必然地成为改革的重要部分。 现在知道飞行小时和客万公里可能和未来的成本支出有关系,在当前的数据库中有以往的飞行小时(月)数据以及客万公里数据,并且同时知道各月的支出成本,现在希望预测在知道未来计划飞行小时和市场部门希望达到的客万公里的情况下的成本支出。 根据我们对问题的了解,可以先建立这个部门的成本层次模型,搞清楚部门的各项成本、成本构成、成本之间的相互关系。这样,可以对部门成本支出建立一个层次模型:人力资源成本、单独预算成本、管理成本,这三个部分又可以分别继续分层 次细分,如图1所示。 基于支持向量机回归模型的海量数据预测 郭水霞1,王一夫1,陈安2 GUOShui-xia1,WANGYi-fu1,CHENAn2 1.湖南师范大学数学与计算机科学学院,长沙410081 2.中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100080 1.CollegeofMath.andComputer,HunanNormalUniversity,Changsha410081,China 2.InstituteofPolicyandManagement,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China E-mail:guoshuixia@sina.com GUOShui-xia,WANGYi-fu,CHENAn.Predictiononhugedatabaseontheregressionmodelofsupportvectormachine.ComputerEngineeringandApplications,2007,43(5):12-14. Abstract:Asanimportantmethodandtechnique,predictionhasbeenwidelyappliedinmanyareas.Withtheincreasingamountofdata,predictionfromhugedatabasebecomesmoreandmoreimportant.Basedonthebasicprincipleofvectormachineandim-plementarithmetic,apredictionsysteminfrastructureonanaircompanyisproposedinthispaper.Lastly,therulesofevaluationandselectionofthepredictionmodelsarediscussed. Keywords:prediction;datamining;supportvectormachine;regressionmodel 摘要:预测是很多行业都需要的一项方法和技术,随着数据积累的越来越多,基于海量数据的预测越来越重要,在介绍支持向量机基本原理和实现算法的基础上,给出了航空服务成本预测模型,最后对预测结果的评价和选取情况进行了分析。 关键词:预测;数据挖掘;支持向量机;回归模型 文章编号:1002-8331(2007)05-0012-03文献标识码:A中图分类号:TP18 基金项目:国家自然科学基金(theNationalNaturalScienceFoundationofChinaunderGrantNo.10571051);湖南省教育厅资助科研课题(theResearchProjectofDepartmentofEducationofHunanProvince,ChinaunderGrantNo.06C523)。 作者简介:郭水霞(1975-),女,博士生,讲师,主要研究领域为统计分析;王一夫(1971-),男,博士生,副教授,主要研究领域为计算机应用技术,软件工程技术;陈安(1970-),男,副研究员,主要研究领域为数据挖掘与决策分析。 12

用于分类的支持向量机

文章编号:100228743(2004)0320075204 用于分类的支持向量机 黄发良,钟 智Ξ (1.广西师范大学计算机系,广西桂林541000;  2.广西师范学院数学与计算机科学系,广西南宁530001) 摘 要:支持向量机是20世纪90年代中期发展起来的机器学习技术,建立在结构风险最小化原理之上的支持向量机以其独有的优点吸引着广大研究者,该文着重于用于分类的支持向量机,对其基本原理与主要的训练算法进行介绍,并对其用途作了一定的探索. 关键词:支持向量机;机器学习;分类 中图分类号:TP181 文献标识码:A 支持向量机S VM (Support Vector Machine )是AT&T Bell 实验室的V.Vapnik 提出的针对分类和回归问题的统计学习理论.由于S VM 方法具有许多引人注目的优点和有前途的实验性能,越来越受重视,该技术已成为机器学习研究领域中的热点,并取得很理想的效果,如人脸识别、手写体数字识别和网页分类等. S VM 的主要思想可以概括为两点:(1)它是针对线性可分情况进行分析,对于线性不可分的情况,通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分,从而使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能;(2)它基于结构风险最小化理论之上在特征空间中建构最优分割超平面,使得学习器得到全局最优化,并且在整个样本空间的期望风险以某个概率满足一定上界. 1 基本原理 支持向量机理论最初来源于数据分类问题的处理,S VM 就是要寻找一个满足要求的分割平面,使训练集中的点距离该平面尽可能地远,即寻求一个分割平面使其两侧的margin 尽可能最大. 设输入模式集合{x i }∈R n 由两类点组成,如果x i 属于第1类,则y i =1,如果x i 属于第2类,则y i =-1,那么有训练样本集合{x i ,y i },i =1,2,3,…,n ,支持向量机的目标就是要根据结构风险最小化原理,构造一个目标函数将两类模式尽可能地区分开来,通常分为两类情况来讨论,(1)线性可分,(2)线性不可分. 1.1 线性可分情况 在线性可分的情况下,就会存在一个超平面使得训练样本完全分开,该超平面可描述为: w ?x +b =0(1) 其中,“?”是点积,w 是n 维向量,b 为偏移量. 最优超平面是使得每一类数据与超平面距离最近的向量与超平面之间的距离最大的这样的平面.最优超平面可以通过解下面的二次优化问题来获得: min <(w )= 12‖w ‖2(2) Ξ收稿日期:2004202206作者简介:黄发良(1975-),男,湖南永州人,硕士研究生;研究方向:数据挖掘、web 信息检索. 2004年9月 广西师范学院学报(自然科学版)Sep.2004 第21卷第3期 Journal of G u angxi T eachers Education U niversity(N atural Science Edition) V ol.21N o.3

区域经济中长期预测的支持向量回归方法

2006年4月系统工程理论与实践第4期 文章编号:1000.6788(2006)04.0097—07 区域经济中长期预测的支持向量回归方法 肖健华1’2,林健3,刘晋3 (1.五邑大学智能技术与系统研究所,广东江门529020;2.北京航空航天大学经济管理学院,北京100083; 3.五邑大学管理学院,广东江f-i529020) 摘要:分析了区域经济发展特性以及中长期经济预测的特点,对当前经济预测方法存在的不足进行了 阐述,指出:由于区域经济系统中存在高度的非线性、耦合性和时变性,使得现有的经济预测方法难以胜 任.介绍了支持向量回归算法,并在此基础上,提出了基于支持向量回归的方法对区域经济进行中长期 预测的思路,并建立了相应的数学模型.以广东省江门市作为应用对象,说明了该模型的有效性. 关键词:支持向量回归;统计学习理论;区域经济;中长期预测 中图分类号:TPl81文献标识码:A ASVR--basedModelforRegionalEconomyMedium--termand Long?termForecast XIAOJian—hual”,LINJian3,LIUJin3 (1.InstituteofIntelligentTechnologyandSystems,WuyiUniversity,Jiangmen529020,China;2.SchoolofEconomicsandManagement,BeihangUniversity,Beijing100083,China;3.SchoolofManagement,wuyiUniversity,Jiangmen529020,China) Abstract:Basedontheanalysisofcharacteristicsofregionaleconomyandforecastingmethodsformedium-termand long-termeconomicdevelopment,drawbacksofcurrentforecastingmethodswereexplainedasthatthosemethodsare notsuitableforforecastingmedium-termandlong—termeconomicdevelopmentduetoitsnonlinearity,couplingand medium—termdynamicity.Asupportvectorregressionalgorithmwasbeenintroduced,andthenanideaofforecasting and andamathematicmodelbasedontheideawaslong-termregionaleconomybasedonthealgorithmwasexplained proposed.Atlast,anexperimentwasconductedtoverifytheproposedmodelontheeconomicdatasetofJiangmen, Guangdong. Keywords:supportvectorregression(SVR);statisticlearningtheory(SLT);regionaleconomy;medium-term; long—termfomeast 1引言 经济发展的中长期预测,一般是指五年以上经济发展趋势的预测,旨在为一个国家或一个区域的中远景规划提供科学的依据. 就经济发展预测而言,与国家宏观经济发展规律相比,区域经济的发展存在自身的特点.首先是波动性大,而且所研究的区域越小波动性越大,有时甚至一个企业的兴衰、降雨量的多少等都可能对一个区域的经济发展产生很大的影响;其次是系统的相对独立性和开放流动性,单个区域的独立性相对较小,各个区域各有侧重,某个区域经济必然与其它的区域经济形成互补. 当然,区域经济的发展预测也具备一般经济系统预测的共同特性…:非线性,区域经济系统是众多确定性因素和非确定性因素交互作用下的非线性系统;强耦合性,反映经济发展的各种指标、构成经济系统的各行业、各部门等无不密切关联,每一个指标或行业的变化都会导致其它指标或行业的变化;时变性,经 收稿13期:2004—10.10 资助项目:国家自然科学基金(70471074);中国博士后科学基金(2005038042) 作者简介:肖健华(1970一),男,汉族,江西永新人,博士后,副教授,主要研究方向:智能信息处理,复杂经济系统建模,E.mail:jianhuaxiao@tom.com;林健(1958一),男,汉族,福建福州人,博士生导师,五邑大学校长,主要研究方向为复杂系统建模与仿真;刘晋(1956一),女,湖北孝感人,博士,教授,主要研究方向为管理决策支持系统.

20.ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析

ENVI4.3 支持向量机分类原理、操作及实例分析 一、支持向量机算法介绍 1.支持向量机算法的理论背景 支持向量机分类(Support Vector Machine或SVM)是一种建立在统计学习理论(Statistical Learning Theory或SLT)基础上的机器学习方法。 与传统统计学相比,统计学习理论(SLT)是一种专门研究小样本情况下及其学习规律的理论。该理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的,为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。它能将许多现有方法纳入其中,有望帮助解决许多原来难以解决的问题,如神经网络结构选择问题、局部极小点问题等;同时,在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法——支持向量机(SVM),已初步表现出很多优于已有方法的性能。一些学者认为,SLT和SVM正在成为继神经网络研究之后新的研究热点,并将推动机器学习理论和技术的重大发展。 支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC维(VC Dimension)理论和结构风险最小原理基础上的,根据有限的样本信息在模型的复杂性(即对特定训练样本的学习精度)和学习能力(即无错误地识别任意样本的能力)之间寻求最佳折衷,以期获得最好的推广能力。 支持向量机的几个主要优点有: (1)它是专门针对有限样本情况的,其目标是得到现有信息下的最优解而不仅仅是样本数趋于无穷大时的最优值; (2)算法最终将转化成为一个二次型寻优问题,从理论上说,得到的将是全局最优点,解决了在神经网络方法中无法避免的局部极值问题; (3)算法将实际问题通过非线性变换转换到高维的特征空间(Feature Space),在高维空间中构造线性判别函数来实现原空间中的非线性判别函数,特殊性质能保证机器有较 好的推广能力,同时它巧妙地解决了维数问题,其算法复杂度与样本维数无关; 2.支持向量机算法简介 通过学习算法,SVM可以自动寻找那些对分类有较大区分能力的支持向量,由此构造出分类器,可以将类与类之间的间隔最大化,因而有较好的推广性和较高的分类准确率。 最优分类面(超平面)和支持向量

支持向量机SVM分类算法

支持向量机SVM分类算法 SVM的简介 支持向量机(Support Vector Machine)是Cortes和Vapnik于1995年首先提出的,它在解决小样本、非线性及高维模式识别中表现出许多特有的优势,并能够推广应用到函数拟合等其他机器学习问题中[10]。 支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC 维理论和结构风险最小原理基础上的,根据有限的样本信息在模型的复杂性(即对特定训练样本的学习精度,Accuracy)和学习能力(即无错误地识别任意样本的能力)之间寻求最佳折衷,以期获得最好的推广能力[14](或称泛化能力)。 以上是经常被有关SVM 的学术文献引用的介绍,我来逐一分解并解释一下。 Vapnik是统计机器学习的大牛,这想必都不用说,他出版的《Statistical Learning Theory》是一本完整阐述统计机器学习思想的名著。在该书中详细的论证了统计机器学习之所以区别于传统机器学习的本质,就在于统计机器学习能够精确的给出学习效果,能够解答需要的样本数等等一系列问题。与统计机器学习的精密思维相比,传统的机器学习基本上属于摸着石头过河,用传统的机器学习方法构造分类系统完全成了一种技巧,一个人做的结果可能很好,另一个人差不多的方法做出来却很差,缺乏指导和原则。所谓VC维是对函数类的一种度量,可以简单的理解为问题的复杂程度,VC维越高,一个问题就越复杂。正是因为SVM关注的是VC维,后面我们可以看到,SVM解决问题的时候,和样本的维数是无关的(甚至样本是上万维的都可以,这使得SVM很适合用来解决文本分类的问题,当然,有这样的能力也因为引入了核函数)。 结构风险最小听上去文绉绉,其实说的也无非是下面这回事。 机器学习本质上就是一种对问题真实模型的逼近(我们选择一个我们认为比较好的近似模型,这个近似模型就叫做一个假设),但毫无疑问,真实模型一定是不知道的(如果知道了,我们干吗还要机器学习?直接用真实模型解决问题不就可以了?对吧,哈哈)既然真实模型不知道,那么我们选择的假设与问题真实解之间究竟有多大差距,我们就没法得知。比如说我们认为宇宙诞生于150亿年前的一场大爆炸,这个假设能够描述很多我们观察到的现象,但它与真实的宇宙模型之间还相差多少?谁也说不清,因为我们压根就不知道真实的宇宙模型到底是什么。 这个与问题真实解之间的误差,就叫做风险(更严格的说,误差的累积叫做风险)。我们选择了一个假设之后(更直观点说,我们得到了一个分类器以后),真实误差无从得知,但我们可以用某些可以掌握的量来逼近它。最直观的想法就是使用分类器在样本数据上的分类的结果与真实结果(因为样本是已经标注过的数据,是准确的数据)之间的差值来表示。这个差值叫做经验风险Remp(w)。以前的机器学习方法都把经验风险最小化作为努力的目标,但后来发现很多分类函数能够在样本集上轻易达到100%的正确率,在真实分类时却一塌糊涂(即所谓的推广能力差,或泛化能力差)。此时的情况便是选择了一个足够复杂的分类函数(它的VC维很高),能够精确的记住每一个样本,但对样本之外的数据一律分类错误。回头看看经验风险最小化原则我们就会发现,此原则适用的大前提是经验风险要确实能够逼近真实风险才行(行话叫一致),但实际上能逼近么?答案是不能,因为样本数相对于现实世界要分类的文本数来说简直九牛

支持向量机非线性回归通用MATLAB源码

支持向量机非线性回归通用MA TLAB源码 支持向量机和BP神经网络都可以用来做非线性回归拟合,但它们的原理是不相同的,支持向量机基于结构风险最小化理论,普遍认为其泛化能力要比神经网络的强。大量仿真证实,支持向量机的泛化能力强于BP网络,而且能避免神经网络的固有缺陷——训练结果不稳定。本源码可以用于线性回归、非线性回归、非线性函数拟合、数据建模、预测、分类等多种应用场合,GreenSim团队推荐您使用。 function [Alpha1,Alpha2,Alpha,Flag,B]=SVMNR(X,Y,Epsilon,C,TKF,Para1,Para2) %% % SVMNR.m % Support Vector Machine for Nonlinear Regression % All rights reserved %% % 支持向量机非线性回归通用程序 % GreenSim团队原创作品,转载请注明 % GreenSim团队长期从事算法设计、代写程序等业务 % 欢迎访问GreenSim——算法仿真团队→ % 程序功能: % 使用支持向量机进行非线性回归,得到非线性函数y=f(x1,x2,…,xn)的支持向量解析式,% 求解二次规划时调用了优化工具箱的quadprog函数。本函数在程序入口处对数据进行了% [-1,1]的归一化处理,所以计算得到的回归解析式的系数是针对归一化数据的,仿真测 % 试需使用与本函数配套的Regression函数。 % 主要参考文献: % 朱国强,刘士荣等.支持向量机及其在函数逼近中的应用.华东理工大学学报 % 输入参数列表 % X 输入样本原始数据,n×l的矩阵,n为变量个数,l为样本个数 % Y 输出样本原始数据,1×l的矩阵,l为样本个数 % Epsilon ε不敏感损失函数的参数,Epsilon越大,支持向量越少 % C 惩罚系数,C过大或过小,泛化能力变差 % TKF Type of Kernel Function 核函数类型 % TKF=1 线性核函数,注意:使用线性核函数,将进行支持向量机的线性回归 % TKF=2 多项式核函数 % TKF=3 径向基核函数 % TKF=4 指数核函数 % TKF=5 Sigmoid核函数 % TKF=任意其它值,自定义核函数 % Para1 核函数中的第一个参数 % Para2 核函数中的第二个参数 % 注:关于核函数参数的定义请见Regression.m和SVMNR.m内部的定义 % 输出参数列表 % Alpha1 α系数 % Alpha2 α*系数 % Alpha 支持向量的加权系数(α-α*)向量

支持向量回归用于氨基酸描述符(doc 7页)

支持向量回归用于氨基酸描述符(doc 7页)

支持向量回归用于氨基酸描述符在肽QSAR建模中的性能评价 (黑体三号、居中) 应用化学2008级学号2008123 张明康(宋体小四号、居中) 任课教师印家健副教授(宋体小四号、居中) 摘要:(宋体小四号、加粗、顶格)采用支持向量回归方法用3个数据集来评价z-scales、c-scales、ISA-ECI、MS-WHIM、PRIN等5个氨基酸描述符在肽QSAR支持向量回归模型构建中的性能并对核函数进行选择,采用留一法交叉检验的结果显示径向基核函数要好于多项式核函数和线性核函数;在以径向基核函数的支持向量回归模型中表明z-scales的预测准确度要略优于其它描述符,且在同一描述符的情况下SVR的预测效果要好于其它线性方法,说明SVR在肽QSAR模型构建中是一个可行的方法。(中文用楷体小四号、英文用Times New Roman小四号、两端对齐) 关键词:(宋体小四号、加粗、顶格)肽,定量构效关系,核函数,支持向量回归,性能评价(楷体小四号、两端对齐)(关键词间,用逗号隔开) 多肽具有高活性、高选择性及副作用小的特点,是维持生命过程中必不可少的物质,目前已成为药物研究的热点之一。在多肽类似物的研究和开发中,定量构效关系(Quantitative structure-activity relationships,QSAR)是一个重要的理论计算方法和常用手段。所谓多肽QSAR,就是用数学模式来表达多肽类似物的化学结构信息与特定的

生物活性强度间的相互关系[1,2]。 多肽的化学结构描述符普遍采用氨基酸的结构描述参数去定量描述多肽的化学结构和性质,其基本思路是以多肽的最基本的结构信息——氨基酸序列为基础,对一系列多肽类似物中变化的氨基酸残基进行定量描述,并把氨基酸序列转换成结构描述符矩阵的一个向量[1,2]。目前在肽QSAR模型中常用的氨基酸描述符主要有:基于实验的z-scales[1]、基于理论计算的t-scales[3]、ISA(isotropic surface area)-ECI(electronic charge index)[4]、MS-WHIM scores[5]、PRIN[6]、c-scales[7]以及基于分子拓扑学的MHDV(molecular holographic distance vector)及其衍变的拓扑描述符[8-10]。 在多肽QSAR数学模型方面,文献中常用的有多元线性回归(multiple linear regression, MLR)[10]、主成分回归(principal component regression, PCR)[8]、偏最小二乘(partial least squares,PLS)[1,4,5]和遗传算法与偏最小二乘法相结合(genetic algorithm-partial least squares,G/PLS)等方法[7],但这些方法都是线性方法,且对高维、非线性、小样本问题的解析能力有限。 目前,支持向量机[12](support vector machine, SVM)已广泛的用于各学科领域[13-15],故我们尝试采用支持向量回归(support vector regression, SVR)[16]方法研究多肽QSAR 数学建模,分别用48个苦味二肽、58个ACE(angiotensin converting enzyme)抑制剂二肽和30个缓激肽增效剂五肽等作为数据集,采用留一法交叉检验来评价z-scales、c-scales、ISA-ECI、MS-WHIM、PRIN等5个氨基酸描述符在肽QSAR支持向量回归模型构建中的性能并对核函数进行选择,结果显示径向基核函数要好于多项式核函数和线性核函数;在以径向基核函数的支持向量回归模型中表明z-scales的预测准确度要略优于其它描述符,且在同一描述符的情况下SVR的预测效果要好于G/PLS和PLS等方法,说明SVR在肽QSAR模型构建中是一种可行的方法。(中文用宋体小四号、英文用Times New Roman小四号、段前缩进2个汉字,两端对齐) 1 支持向量回归算法[12,15,17]及其实现 (中文用宋体四号、英文用Times New Roman四号、加粗,顶格、两端对齐,序号后空1格,不用标点符号)近年来,有限样本情况下的机器学习理论研究逐渐成熟,形成了一个较完善的理论

支持向量机SMO算法汇总

支持向量机SMO算法 1 简介 支持向量机基本上是最好的有监督学习算法了。最开始接触SVM是去年暑假的时候,老师要求交《统计学习理论》的报告,那时去网上下了一份入门教程,里面讲的很通俗,当时只是大致了解了一些相关概念。这次斯坦福提供的学习材料,让我重新学习了一些SVM知识。我看很多正统的讲法都是从VC 维理论和结构风险最小原理出发,然后引出SVM什么的,还有些资料上来就讲分类超平面什么的。这份材料从前几节讲的logistic回归出发,引出了SVM,既揭示了模型间的联系,也让人觉得过渡更自然。 2 重新审视logistic回归 Logistic回归目的是从特征学习出一个0/1分类模型,而这个模型是将特性的线性组合作为自变量,由于自变量的取值范围是负无穷到正无穷。因此,使用logistic函数(或称作sigmoid 函数)将自变量映射到(0,1)上,映射后的值被认为是属于y=1的概率。 形式化表示就是 假设函数 其中x是n维特征向量,函数g就是logistic函数。 的图像是 可以看到,将无穷映射到了(0,1)。

而假设函数就是特征属于y=1的概率。 当我们要判别一个新来的特征属于哪个类时,只需求,若大于0.5就是y=1的类,反之属于y=0类。 再审视一下,发现只和有关,>0,那么,g(z)只不过是用来映 射,真实的类别决定权还在。还有当时,=1,反之=0。如果我们只从 出发,希望模型达到的目标无非就是让训练数据中y=1的特征,而是y=0的特征 。Logistic回归就是要学习得到,使得正例的特征远大于0,负例的特征远小于0, 强调在全部训练实例上达到这个目标。 图形化表示如下: 中间那条线是,logistic回顾强调所有点尽可能地远离中间那条线。学习出的结果也就 中间那条线。考虑上面3个点A、B和C。从图中我们可以确定A是×类别的,然而C我们是不太确定的,B还算能够确定。这样我们可以得出结论,我们更应该关心靠近中间分割线的点,让他们尽可能地远离中间线,而不是在所有点上达到最优。因为那样的话,要使得一部分点靠近中间线来换取另外一部分点更加远离中间线。我想这就是支持向量机的思路和logistic回归的不同点,一个考虑局部(不关心已经确定远离的点),一个考虑全局(已经远离的点可能通过调整中间线使其能够更加远离)。这是我的个人直观理解。

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