机器学习: t-Stochastic Neighbor Embedding 降维算法 (二)

上一篇文章，我们介绍了SNE降维算法，SNE算法可以很好地保持数据的局部结构，该算法利用条件概率来衡量数据点之间的相似性，通过最小化条件概率 pj|i 与 pi|j 之间的 KL-divergence，将数据从高维空间映射到低维空间。

Symmetric SNE

SNE算法利用的是条件概率，我们也可以利用联合概率，衡量两个空间  与  的联合概率分布的 KL-divergence，假设高维空间  的联合概率分布为 Pi ，低维空间  的联合概率分布为 Qi ，可以定义两者的 KL-divergence 为

C=KL(P||Q)=∑i∑jpijlogpijqij

同样的 pi|i=0 , qi|i=0 ，因为 pij=pji , qij=qji ，所以把这种形式的SNE称为 symmetric-SNE，我们可以定义联合概率 pij 以及 qij 为:

pij=exp(−∥xi−xj∥2/2σ2)∑k≠lexp(−∥xk−xl∥2/2σ2)

qij=exp(−∥yi−yj∥2)∑k≠lexp(−∥yk−yl∥2

联合概率的一个问题在于当数据点 xi 离其它的数据点都很远的时候，意味着 pij 会是一个非常小的值，这样映射的低维空间对应的点 yi 对 cost function 的影响也会很小， yi 将很难被其它点确定。为了解决这个问题，这里定义的联合概率由条件概率来确定 pij=pj|i+pi|j2 , 我们可以进一步地定义梯度:

∂C∂yi=4∑j(pij−qij)(yi−yj)

t-SNE

t-SNE 就是利用一个 student-distribution 来表示低维空间的概率分布：

qij=(1+∥yi−yj∥2)−1∑k≠l(1+∥yk−yl∥2)−1(4)

而高维空间的联合概率分布依然用高斯函数来拟合，我们可以得到梯度表达式为:

∂C∂yi=4∑j(pij−qij)(yi−yj)(1+∥yi−yj∥2)−1(5)

这个算法的流程图如下所示

这个算法的源代码可以在作者的网站上下载:

https://lvdmaaten.github.io/tsne/