支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)是一种广泛应用的监督学习模型,主要用于分类和回归分析。它的核心思想是找到一个最优超平面,将不同类别的数据最大程度地分开。这个超平面是使得两类样本距离最远的决策边界。在二维空间中,这可能是一个线性边界;但在高维空间,它可以是非线性的。
SVM的关键概念包括以下几个方面:
1. **最大边距**:SVM的目标是最大化训练样本到超平面的距离,以提高模型的泛化能力。这个距离被称为“间隔”(margin)。
2. **支持向量**:离超平面最近的样本点被称为支持向量,它们决定了超平面的位置。在优化过程中,SVM只关心这些支持向量,而忽略其他离超平面较远的样本。
3. **核函数**:在处理非线性问题时,SVM通过一种称为核函数的映射将原始数据从低维空间映射到高维空间,使得原本难以分隔的样本在高维空间中变得容易分隔。常用的核函数有线性核、多项式核、径向基函数(RBF)核和sigmoid核。
4. **软间隔**:在实际应用中,数据集可能存在噪声或异常,导致部分样本无法严格满足最大边距原则。为了解决这个问题,SVM引入了松弛变量和惩罚项,允许一些样本违反最大边距,但会根据违反的程度进行惩罚,这就是所谓的软间隔。
5. **分类与回归**:SVM最初主要用于二分类问题,但通过一对多或多对一的方式,可以扩展到多分类任务。同时,通过对连续值预测,SVM也可用于回归分析。
6. **优化算法**:SVM的求解过程通常涉及到求解凸二次规划问题,可以使用如SMO(Sequential Minimal Optimization)等高效算法来求得支持向量和超平面。
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