高斯判别分析

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1) 多值正态分布
多变量正态分布描述的是n 维随机变量的分布情况,这里的μ变成了向量,σ也变成了矩阵Σ。写作N(μ,Σ)。假设有n 个随机变量x1 , x2, … , xn。μ的第i 个分量是E(X),而Σii = Var(Xi ),Σij = Cov(Xi,Xj )。
概率密度函数如下:
这里写图片描述
其中|Σ|是Σ的行列式,Σ是协方差矩阵,而且是对称半正定的。
当μ是二维的时候可以如下图表示:
这里写图片描述

其中μ决定中心位置,Σ决定投影椭圆的朝向和大小。
如下图:这里写图片描述
对应的Σ都不同。
2)模型分析与应用
如果输入特征x 是连续型随机变量,那么可以使用高斯判别分析模型来确定p(x|y)。
模型如下:
这里写图片描述
输出结果服从伯努利分布,在给定模型下特征符合多值高斯分布。通俗地讲,在山
羊模型下,它的胡须长度,角大小,毛长度等连续型变量符合高斯分布,他们组成
的特征向量符合多值高斯分布。
这样,可以给出概率密度函数:
这里写图片描述
最大似然估计如下:
这里写图片描述
注意这里的参数有两个μ,表示在不同的结果模型下,特征均值不同,但我们假设
协方差相同。反映在图上就是不同模型中心位置不同,但形状相同。这样就可以用
直线来进行分隔判别。
求导后,得到参数估计公式:
这里写图片描述
Φ是训练样本中结果y=1 占有的比例。
μ0是y=0 的样本中特征均值。
μ1是y=1 的样本中特征均值。
Σ是样本特征方差均值。
如前面所述,在图上表示为
这里写图片描述
直线两边的y 值不同,但协方差矩阵相同,因此形状相同。μ不同,因此位置不同。
3) 高斯判别分析(GDA)与logistic 回归的关系
将GDA 用条件概率方式来表述的话,如下:
这里写图片描述
进一步推导出
这里写图片描述
这里的θ是的函数。
这个形式就是logistic 回归的形式。
也就是说如果p(x|y)符合多元高斯分布,那么p(y|x)符合logistic 回归模型。反之,
不成立。为什么反过来不成立呢?因为GDA 有着更强的假设条件和约束。
如果认定训练数据满足多元高斯分布,那么GDA 能够在训练集上是最好的模型。然
而,我们往往事先不知道训练数据满足什么样的分布,不能做很强的假设。Logistic
回归的条件假设要弱于GDA,因此更多的时候采用logistic 回归的方法。

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