第八章 支持向量机算法
支持向量机概念
🥛
支持向量机（Support Vector Machine，简称 SVM）是一种监督学习算法，主要用于分类和回归问题。
SVM 的核心思想是找到一个最优的超平面，将不同类别的数据分开。这个超平面不仅要能够正确分类数据，还要使得两个类别之间的间隔（margin）最大化。
超平面：
•
在二维空间中，超平面是一个直线。
•
在三维空间中，超平面是一个平面。
•
在更高维空间中，超平面是一个分割空间的超平面。
支持向量：
•
支持向量是离超平面最近的样本点。这些支持向量对于定义超平面至关重要。
•
支持向量机通过最大化支持向量到超平面的距离（即最大化间隔）来选择最佳的超平面。
最大间隔：
•
SVM的目标是最大化分类间隔，使得分类边界尽可能远离两类数据点。这可以有效地减少模型的泛化误差。
核技巧（Kernel Trick）：
•
对于非线性可分的数据，SVM使用核函数将数据映射到更高维的空间，在这个空间中，数据可能是线性可分的。
•
常用的核函数有：线性核、多项式核、径向基函数（RBF）核等。
SVM 分类流程
选择一个超平面：找到一个能够最大化分类边界的超平面。
训练支持向量：通过支持向量机算法，选择离超平面最近的样本点作为支持向量。
通过最大化间隔来找到最优超平面：选择一个最优超平面，使得间隔最大化。
使用核函数处理非线性问题：通过核函数将数据映射到高维空间来解决非线性可分问题。
使用 Python 实现 SVM
接下来，我们将使用 Python 中的 scikit-learn 库来实现一个简单的 SVM 分类器。
安装必要的库
首先，确保你已经安装了scikit-learn库。如果没有安装，可以使用以下命令进行安装：
代码块
Plain Text
pip install scikit-learn
导入库
实例
代码块
Python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import svm, datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score
加载数据集
我们将使用scikit-learn自带的鸢尾花（Iris）数据集。
实例
代码块
Plain Text
# 加载鸢尾花数据集
iris = datasets.load_iris()
X = iris.data[:, :2] # 只使用前两个特征
y = iris.target
划分训练集和测试集
实例
代码块
Plain Text
# 将数据集划分为训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)
训练 SVM 模型
实例
代码块
Plain Text
# 创建SVM分类器
clf = svm.SVC(kernel='linear') # 使用线性核函数
预测与评估
实例
代码块
Plain Text
# 在测试集上进行预测
y_pred = clf.predict(X_test)
# 计算准确率
accuracy = accuracy_score(y_test, y_pred)
print(f"模型准确率: {accuracy:.2f}")
可视化结果
实例
代码块
Python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import svm, datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import accuracy_score
# 加载鸢尾花数据集
iris = datasets.load_iris()
X = iris.data[:, :2] # 只使用前两个特征
y = iris.target
# 将数据集划分为训练集和测试集
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42)
# 创建SVM分类器
clf = svm.SVC(kernel='linear') # 使用线性核函数
执行以上代码，输出为：
代码块
Plain Text
模型准确率: 0.80
图片显示为：