SVM支持向量机和美丽的画图方法

SVM支持向量机python

  • 线性可分的数据初探
    • 生成一点线性可分的数据看看
    • 什么样的直线可以分开这些点呢
  • SVM的独特思想:最小间隔最大化
    • 直观理解
    • 训练

线性可分的数据初探

生成一点线性可分的数据看看

  • 利用sklearn中make_blobs函数,其参数为
    1. n_samples: int, optional (default=100) The total number of points equally divided among clusters. 待生成的样本的总数。
    2. **n_features: **int, optional (default=2) The number of features for each sample. 每个样本的特征数。
    3. centers: int or array of shape [n_centers, n_features], optional (default=3) The number of centers to generate, or the fixed center locations. 要生成的样本中心(类别)数,或者是确定的中心点。 要生成的样本中心(类别)数,或者是确定的中心点。
    4. cluster_std: float or sequence of floats, optional (default=1.0) The standard deviation of the clusters. 每个类别的方差,例如我们希望生成2类数据,其中一类比另一类具有更大的方差,可以将cluster_std设置为[1.0,3.0]。
    5. center_box: pair of floats (min, max), optional (default=(-10.0, 10.0))
      The bounding box for each cluster center when centers are generated at random.
    6. shuffle: boolean, optional (default=True) Shuffle the samples.
    7. random_state: int, RandomState instance or None, optional (default=None)
      If int, random_state is the seed used by the random number generator; If RandomState instance, random_state is the random number generator; If None, the random number generator is the RandomState instance used by np.random.
      简而言之,选择生成样本的个数,特征数,类别数,类方差就足够用了
%matplotlib inline
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets.samples_generator import make_blobs   #类数据的生成  
X, y = make_blobs(n_samples=50,n_features=2,centers = 2,
                  random_state=0, cluster_std=0.60)
print(X.shape)	#完全是自己想看一看X的格式
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, s=50,marker='o',cmap='summer')

SVM支持向量机和美丽的画图方法_第1张图片

什么样的直线可以分开这些点呢

plt.figure(figsize = (10,6))
xfit = np.linspace(-1, 3.5)
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, s=50, cmap='autumn')
plt.plot([0.6], [2.1], 'x', color='blue', markeredgewidth=3, markersize=10)

for m, b in [(1.1, 0.65), (0.5, 1.6), (-0.2, 2.9)]:
    plt.plot(xfit, m * xfit + b,)

plt.xlim(-1, 3.5)

选取了三条直线,均可以将这两类点分离。直观上,X点归属于哪一类,线就应该相应的变化。
SVM支持向量机和美丽的画图方法_第2张图片

SVM的独特思想:最小间隔最大化

直观理解

plt.figure(figsize = (8,5))
xfit = np.linspace(-1, 3.5)
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, s=50, cmap='autumn')

for m, b, d in [(1, 0.65, 0.33), (0.5, 1.6, 0.55), (-0.2, 2.9, 0.2)]:
    yfit = m * xfit + b
    plt.plot(xfit, yfit, )
    plt.fill_between(xfit, yfit - d, yfit + d, edgecolor='blue',
                     color='#AAAAAA', alpha=0.5)

plt.xlim(-1, 3.5);

SVM支持向量机和美丽的画图方法_第3张图片

本质上就是阴影部分的区域最大化,分类边界到最近的点的距离最大化。

训练

from sklearn.svm import SVC    # "Support vector classifier"
model = SVC(kernel='linear')   #kernel选择线性的
model.fit(X, y)

进行绘图

#绘图函数
def plot_svc_decision_function(model, ax=None, plot_support=True):
    """Plot the decision function for a 2D SVC"""
    if ax is None:
        ax = plt.gca()
    xlim = ax.get_xlim()
    ylim = ax.get_ylim()
    
    # create grid to evaluate model
    x = np.linspace(xlim[0], xlim[1], 30)
    y = np.linspace(ylim[0], ylim[1], 30)
    Y, X = np.meshgrid(y, x)  
    xy = np.vstack([X.ravel(), Y.ravel()]).T
    P = model.decision_function(xy).reshape(X.shape)
    
    # plot decision boundary and margins
    ax.contour(X, Y, P, colors='k',
               levels=[-1, 0, 1], alpha=0.5,
               linestyles=['--', '-', '--'])
    
    # plot support vectors
    if plot_support:
        ax.scatter(model.support_vectors_[:, 0],
                   model.support_vectors_[:, 1],
                   s=300, linewidth=1, facecolors='black');
    ax.set_xlim(xlim)
    ax.set_ylim(ylim)
plt.figure(figsize = (10,8))
plt.scatter(X[:, 0], X[:, 1], c=y, s=50, cmap='autumn')
plot_svc_decision_function(model)

SVM支持向量机和美丽的画图方法_第4张图片

  • 这条线就是我们希望得到的决策边界啦

  • 观察发现有3个黑色的点点,它们恰好都是边界上的点就是我们的support vectors(支持向量)

  • 在Scikit-Learn中, 它们存储在这个位置 support_vectors_(一个属性)

model.support_vectors_

在这里插入图片描述

只要支持向量不变,数据点增加无所谓。

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