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机器学习算法系列(12):SVM(6)—SVM与LR的异同

本文讲述LR与SVM的异同点

一、LR与SVM的相同点

  1. LR和SVM都是分类算法,都是监督学习算法。

  2. 如果不考虑核函数,LR和SVM都是线性分类算法,也就是说他们的分类决策面都是线性的。LR也是可以用核函数的,至于为什么通常在SVM中运用核函数而不在LR中运用,后面讲到他们之间区别的时候会重点分析。总之,原始的LR和SVM都是线性分类器,这也是为什么通常没人问你决策树和LR什么区别,决策树和SVM什么区别,你说一个非线性分类器和一个线性分类器有什么区别?

  3. LR和SVM都是判别模型。判别模型会生成一个表示P(Y|X)的判别函数(或预测模型),而生成模型先计算联合概率p(Y,X)然后通过贝叶斯公式转化为条件概率。简单来说,在计算判别模型时,不会计算联合概率,而在计算生成模型时,必须先计算联合概率。或者这样理解:生成算法尝试去找到底这个数据是怎么生成的(产生的),然后再对一个信号进行分类。基于你的生成假设,那么那个类别最有可能产生这个信号,这个信号就属于那个类别。判别模型不关心数据是怎么生成的,它只关心信号之间的差别,然后用差别来简单对给定的一个信号进行分类。常见的判别模型有:KNN、SVM、LR,常见的生成模型有:朴素贝叶斯,隐马尔可夫模型。当然,这也是为什么很少有人问你朴素贝叶斯和LR以及朴素贝叶斯和SVM有什么区别。

  4. LR和SVM在学术界和工业界都广为人知并且应用广泛。

二、LR与SVM的不同点

1.损失函数

我们先来看一下带松弛变量的 SVM 和正则化的逻辑回归它们的损失函数:其中 $g(z)=(1+exp(−z))^{−1}$
可以将两者统一起来:2019-05-18-042920.jpg
这两个损失函数的目的都是增加对分类影响较大的数据点的权重,减少与分类关系较小的数据点的权重。SVM的处理方法是只考虑support vectors,也就是和分类最相关的少数点,去学习分类器。而逻辑回归通过非线性映射,大大减小了离分类平面较远的点的权重,相对提升了与分类最相关的数据点的权重,两者的根本目的都是一样的。即支持向量机只考虑局部的边界线附近的点,而逻辑回归考虑全局(远离的点对边界线的确定也起作用)。

影响SVM决策面的样本点只有少数的支持向量,当在支持向量外添加或减少任何样本点对分类决策面没有任何影响;而在LR中,每个样本点都会影响决策面的结果。用下图进行说明:


支持向量机改变非支持向量样本并不会引起决策面的变化

逻辑回归中改变任何样本都会引起决策面的变化

因此线性SVM不直接依赖于数据分布,分类平面不受一类点影响;LR则受所有数据点的影响,如果数据不同类别strongly unbalance,一般需要先对数据做平衡处理。​

2.核技巧

在解决非线性问题时,支持向量机采用核函数的机制,而LR通常不采用核函数的方法。

​这个问题理解起来非常简单。分类模型的结果就是计算决策面,模型训练的过程就是决策面的计算过程。通过上面的第二点不同点可以了解,在计算决策面时,SVM转化为对偶问题后,只有少数几个代表支持向量的样本参与了计算,也就是只有少数几个样本需要参与核计算(即kernal machine解的系数是稀疏的),这个在进行复杂核函数计算时优势很明显,能够大大简化模型和计算量。。然而,LR算法里,每个样本点都必须参与决策面的计算过程,也就是说,假设我们在LR里也运用核函数的原理,那么每个样本点都必须参与核计算,这带来的计算复杂度是相当高的。所以,在具体应用时,LR很少运用核函数机制。​

3.正则项

​根据需要,两个方法都可以增加不同的正则化项,如l1,l2等等。所以在很多实验中,两种算法的结果是很接近的。但是逻辑回归相对来说模型更简单,好理解,实现起来,特别是大规模线性分类时比较方便。而SVM的理解和优化相对来说复杂一些。但是SVM的理论基础更加牢固,有一套结构化风险最小化的理论基础,虽然一般使用的人不太会去关注。

4.异常值

两者对异常的敏感度也不一样。同样的线性分类情况下,如果异常点较多的话,无法剔除,首先LR,LR中每个样本都是有贡献的,最大似然后会自动压制异常的贡献,SVM+软间隔对异常还是比较敏感,因为其训练只需要支持向量,有效样本本来就不高,一旦被干扰,预测结果难以预料。

5.normalization

两个模型对数据和参数的敏感程度不同,Linear SVM比较依赖penalty的系数和数据表达空间的测度,而(带正则项的)LR比较依赖对参数做L1 regularization的系数。但是由于他们或多或少都是线性分类器,所以实际上对低维度数据overfitting的能力都比较有限,相比之下对高维度数据,LR的表现会更加稳定,为什么呢?

因为Linear SVM在计算margin有多“宽”的时候是依赖数据表达上的距离测度的,换句话说如果这个测度不好(badly scaled,这种情况在高维数据尤为显著),所求得的所谓Large margin就没有意义了,这个问题即使换用kernel trick(比如用Gaussian kernel)也无法完全避免。所以使用Linear SVM之前一般都需要先对数据做normalization,而求解LR(without regularization)时则不需要或者结果不敏感。

Linear SVM 和 LR 有什么异同?



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