(一)SVM推导

SVM模型就是用一个超平面H把正负样本分开的模型,如图1所示。

1、超平面的定义

假设w是垂直超平面H的法向量,x是一个负样本,x+是一个正样本,xx+在向量w的投影点分别是A,B。所有的样本满足公式(1)。

w||w||x|OC|w||w||x+(1)


w||w||x|OC|0w||w||x+|OC|(2)

进一步可以转化为
wx+b0wx++b(3)

所以,当样本满足公式(4)时候,则判定为正样本,反之,是负样本。其中,公式(4)中满足等式的点落在超平面H中。
wx+b0(4)

(一)SVM推导

图.1

2、训练样本满足的约束

由前面的分析可知,超平面H可以有无数条,然而,我们定义具有最大间隔的超平面才是最优的。如图.1所示,最大间隔指的是虚线H1与H2之间的距离。其中,H1,H,H2是平行的,并且H1到H的距离与H2到H的距离相等。由公式(4),并且向量w可以伸缩,可得

{wx++b1wx+b1(5)

即为了得到最优的分割超平面H,我们要求训练的正样本和负样本满足公式(5),然后去求解最大的间隔。其中,落在虚线H1,H2的点使得公式(5)的等号成立,这些点称为支持向量。假设样本点的标签值y{+1,1}。代入公式(5),有
{yi+(wx++b)1yi(wx+b)1(6)

公式(6)可以合并为通用的样本形式
yi(wx+b)1(7)

即所有的训练样本都满足公式(7),其几何意义如图.1,所有的样本点都在虚线两侧,不允许跨过虚线。注意,预测样本的时候,是允许样本点跨越虚线区域的,因为判断的分界线是超平面H。

3、最大间隔的表示

如图.2所示,最大间隔等于正样本支持向量与负样本支持向量构成的向量x+x在法向量w上的投影长度d。
(一)SVM推导
投影长度d如公式(8)所示.

d=(x+x)w||w||(8)

由于这里的x+x是支持向量,满足公式(9)
yi(wx+b)=1(9)

把公式(9)代入公式(8),可得
d=2||w||

即求解最大间隔表示如下:
{max2||w||s.tyi(wx+b)1=0

等价于求解
{min12||w||2s.tyi(wx+b)1=0

其中,s.t 代表约束条件.