2.2Leaming to Answer Yes No-Perceptron Leaming Algorithm|机器学习基石(林轩田)-学习笔记

文章原创,最近更新:2018-06-27

学习链接:
Leaming to Answer Yes No-Perceptron Leaming Algorithm

学习参考链接:台湾大学林轩田机器学习基石课程学习笔记2 -- Learning to Answer Yes/No

1.Select g from H

根据上一部分的介绍,我们已经知道了hypothesis set由许多条直线构成。接下来,我们的目的就是如何设计一个演算法A,来选择一个最好的直线,能将平面上所有的正类和负类完全分开,也就是找到最好的g,使g≈f。

如何找到这样一条最好的直线呢?即就是理想上的f,但是这个f我们是不知道的。我们可以使用逐点修正的思想,首先在平面上随意取一条直线,看看哪些点分类错误。然后开始对第一个错误点就行修正,即变换直线的位置,使这个错误点变成分类正确的点。接着,再对第二个、第三个等所有的错误分类点就行直线纠正,直到所有的点都完全分类正确了,就得到了最好的直线。这种“逐步修正”,就是PLA思想所在。



设第一条线为g0,如果这条线不够好,我们则让这条线变得更好。直到这条线好得不能再好了才结束。

用w0表示g0的权重


2.Perceptron Learning Algorithm感知器学习算法

1)一开始有w之后,那w长什么样的呢?不管的话全部都是0也可以。如果这个线还不完美,我们一定找出资料某个点在这条线犯的错误。这个点我们叫

备注:这个小写t,代表一轮又一轮,代表哪一轮的意思。

如果把现在的线叫做wt,在这个点犯的错误。什么是犯错误呢?就是

做内积的时候,得到的+-号跟我想要的结果不一样,因此就需要想办法去修正。

2)那么应该怎么修正呢?
修正有两种,具体如下:

  • 一种是我要的符号是+,而实际是-
  • 一种是我要的符号是-,而实际是+

具体表现如下:
a)一种是我要的符号是+,而实际是-
备注:内积>0表示两个向量的夹角为锐角,<0表示两个向量的夹角为钝角。

w与x的角度太大了,就用w+x把角度转回来。

具体解释如下:
下面介绍一下PLA是怎么做的。首先随机选择一条直线进行分类。然后找到第一个分类错误的点,如果这个点表示正类,被误分为负类,即:


那表示w和x夹角大于90度,其中w是直线的法向量。所以,x被误分在直线的下侧(相对于法向量,法向量的方向即为正类所在的一侧),修正的方法就是使w和x夹角小于90度。通常做法是w←w+yx, y=1,如图右上角所示,一次或多次更新后的w+yx与x夹角小于90度,能保证x位于直线的上侧,则对误分为负类的错误点完成了直线修正。

b)一种是我要的符号是-,而实际是+
w与x的角度太小了,就用w-x把角度转开来。

我们就做这样的修正,如果要+,把w靠近x多一点,如果-的,把把w远离x多一点。

具体解释如下:

同理,如果是误分为正类的点,即:


那表示w和x夹角小于90度,其中w是直线的法向量。所以,x被误分在直线的上侧,修正的方法就是使w和x夹角大于90度。通常做法是w←w+yx, y=−1,如图右下角所示,一次或多次更新后的w+yx与x夹角大于90度,能保证x位于直线的下侧,则对误分为正类的错误点也完成了直线修正。

按照这种思想,遇到个错误点就进行修正,不断迭代。要注意一点:每次修正直线,可能使之前分类正确的点变成错误点,这是可能发生的。但是没关系,不断迭代,不断修正,最终会将所有点完全正确分类(PLA前提是线性可分的)。这种做法的思想是“知错能改”,有句话形容它:“A fault confessed is half redressed.”



以上就是感知机演算法.

3.Practical Implementation of PLA

这个演算还有些细节,怎么简单判断,是完全没有犯错误,常见的方式是从1号点,2号点,一直到到n号点,轮流去看点。如果这个点没错,就看下一个点,如果这个点犯错,就进行修正。

实际操作中,可以一个点一个点地遍历,发现分类错误的点就进行修正,直到所有点全部分类正确。这种被称为Cyclic PLA。


4.Seeing is Believing

下面是个二维的资料,机器可以看到的资料就可以视觉化成这样的图,现在我们思考的方式是机器能不能通过这样的方法找到这条线。

下面用图解的形式来介绍PLA的修正过程:



机器刚开始找一个点点,因为开始没有线,就好像看到什么都是错的,所以找到第一个点是错的,就就先来进行修正。之前有说过w刚开始为(0,0),就把(0,0)加上这个点的向量,而这个点是正的,就会得到一条新的w(t+1)的线,w(t+1)是这个分界线法向量。



因为x9是在红色那边,这个是犯错的点。



上面的点转得有点多了,所以要转回去,就会得到一条新的线。

因为x3是在蓝色那边,所以要修正

因为x9是在红色那边,需要修正



因为上面的点转太多了,又要重新修正。

最终的线符合要求,圈圈在一边,x都在另外一边。

这个算法需要的程式不需要20行。如果需要写程式的话,需要将顾客的特征x0设置为1,这样的视觉效果比较好。

5.Some Remaining Issues of PLA

对PLA,我们需要考虑以下两个问题:

  • PLA迭代一定会停下来吗?如果线性不可分怎么办?

  • PLA停下来的时候,是否能保证f≈g?如果没有停下来,是否有f≈g?

6.Fun time

下面四条规则是一定对的?



答案是3



原因是如下:

上面这个更新的式子两边乘以ynxn,因为右边更新的公式是ynxn的平方是正的,所以左边的值比右边的值来得大。

来得大是什么意思呢?
xn是错误的点,经过一次修正之后,在t+1时应该会让xn点得到正确的答案,也就是wt+1会是xn得到正确的答案yn。

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