接下來要說的東西其實不是松弛變量本身,但由于是為了使用松弛變量才引入的,因此放在這里也算合適,那就是懲罰因子C。回頭看一眼引入了松弛變量以后的優化問題:
注意其中C的位置,也可以回想一下C所起的作用(表征你有多么重視離群點,C越大越重視,越不想丟掉它們)。這個式子是以前做SVM的人寫的,大家也就這么用,但沒有任何規定說必須對所有的松弛變量都使用同一個懲罰因子,我們完全可以給每一個離群點都使用不同的C,這時就意味著你對每個樣本的重視程度都不一樣,有些樣本丟了也就丟了,錯了也就錯了,這些就給一個比較小的C;而有些樣本很重要,決不能分類錯誤(比如中央下達的文件啥的,笑),就給一個很大的C。
當然實際使用的時候并沒有這么極端,但一種很常用的變形可以用來解決分類問題中樣本的“偏斜”問題。
先來說說樣本的偏斜問題,也叫數據集偏斜(unbalanced),它指的是參與分類的兩個類別(也可以指多個類別)樣本數量差異很大。比如說正類有10,000個樣本,而負類只給了100個,這會引起的問題顯而易見,可以看看下面的圖:

方形的點是負類。H,H1,H2是根據給的樣本算出來的分類面,由于負類的樣本很少很少,所以有一些本來是負類的樣本點沒有提供,比如圖中兩個灰色的方形點,如果這兩個點有提供的話,那算出來的分類面應該是H’,H2’和H1,他們顯然和之前的結果有出入,實際上負類給的樣本點越多,就越容易出現在灰色點附近的點,我們算出的結果也就越接近于真實的分類面。但現在由于偏斜的現象存在,使得數量多的正類可以把分類面向負類的方向“推”,因而影響了結果的準確性。
對付數據集偏斜問題的方法之一就是在懲罰因子上作文章,想必大家也猜到了,那就是給樣本數量少的負類更大的懲罰因子,表示我們重視這部分樣本(本來數量就少,再拋棄一些,那人家負類還活不活了),因此我們的目標函數中因松弛變量而損失的部分就變成了:
其中i=1…p都是正樣本,j=p+1…p+q都是負樣本。libSVM這個算法包在解決偏斜問題的時候用的就是這種方法。
那C+和C-怎么確定呢?它們的大小是試出來的(參數調優),但是他們的比例可以有些方法來確定。咱們先假定說C+是5這么大,那確定C-的一個很直觀的方法就是使用兩類樣本數的比來算,對應到剛才舉的例子,C-就可以定為500這么大(因為10,000:100=100:1嘛)。
但是這樣并不夠好,回看剛才的圖,你會發現正類之所以可以“欺負”負類,其實并不是因為負類樣本少,真實的原因是負類的樣本分布的不夠廣(沒擴充到負類本應該有的區域)。說一個具體點的例子,現在想給政治類和體育類的文章做分類,政治類文章很多,而體育類只提供了幾篇關于籃球的文章,這時分類會明顯偏向于政治類,如果要給體育類文章增加樣本,但增加的樣本仍然全都是關于籃球的(也就是說,沒有足球,排球,賽車,游泳等等),那結果會怎樣呢?雖然體育類文章在數量上可以達到與政治類一樣多,但過于集中了,結果仍會偏向于政治類!所以給C+和C-確定比例更好的方法應該是衡量他們分布的程度。比如可以算算他們在空間中占據了多大的體積,例如給負類找一個超球——就是高維空間里的球啦——它可以包含所有負類的樣本,再給正類找一個,比比兩個球的半徑,就可以大致確定分布的情況。顯然半徑大的分布就比較廣,就給小一點的懲罰因子。
但是這樣還不夠好,因為有的類別樣本確實很集中,這不是提供的樣本數量多少的問題,這是類別本身的特征(就是某些話題涉及的面很窄,例如計算機類的文章就明顯不如文化類的文章那么“天馬行空”),這個時候即便超球的半徑差異很大,也不應該賦予兩個類別不同的懲罰因子。
看到這里讀者一定瘋了,因為說來說去,這豈不成了一個解決不了的問題?然而事實如此,完全的方法是沒有的,根據需要,選擇實現簡單又合用的就好(例如libSVM就直接使用樣本數量的比)。
我會經常瀏覽你的博客,支持你能夠通過你的技術寫作,讓我們這些有志于自然語言理解,機器學習研究的熱心者一個容易的入門途徑。
謝謝。
順便問一句, 你的SVM入門是否還有第十篇,好象還沒寫完吧。
是的,還沒有寫完,呵呵。
但不知下一篇什么時候還沒有出來。
多謝
順便問一句,LZ是妹子么?