loss

Найдите ошибку классификации для классификатора машины опорных векторов (SVM)

Свернуть все на странице

Синтаксис

L = loss(SVMModel,TBL,ResponseVarName)
L = loss(SVMModel,TBL,Y)
L = loss(SVMModel,X,Y)
L = loss(___,Name,Value)

Описание

L = loss(SVMModel,TBL,ResponseVarName) возвращает классификационную ошибку (см. Классификационные потери), скаляр, представляющий как хорошо обученный классификатор машины опорных векторов (SVM) (SVMModel) классифицирует данные предиктора в таблице TBL по сравнению с истинными метками классов в TBL.ResponseVarName.

loss нормализует вероятности классов в TBL.ResponseVarName к предыдущим вероятностям класса, что fitcsvm используется для обучения, хранится в Prior свойство SVMModel.

Классификационные потери (L) - это мера качества обобщения или реституции. Его интерпретация зависит от функции потерь и схемы взвешивания, но в целом лучшие классификаторы дают меньшие значения классификационных потерь.

L = loss(SVMModel,TBL,Y) возвращает ошибку классификации для данных предиктора в таблице TBL и истинные метки классов в Y.

loss нормализует вероятности классов в Y к предыдущим вероятностям класса, что fitcsvm используется для обучения, хранится в Prior свойство SVMModel.

пример

L = loss(SVMModel,X,Y) возвращает ошибку классификации, основанную на данных предиктора в матрице X по сравнению с истинными метками классов в Y.

пример

L = loss(___,Name,Value) задает опции, использующие один или несколько аргументы пары "имя-значение" в дополнение к входным параметрам в предыдущих синтаксисах. Для примера можно задать функцию потерь и классификационные веса.

Примеры

свернуть все

Открыть Live Script

Загрузите ionosphere набор данных.

load ionosphere
rng(1); % For reproducibility

Обучите классификатор SVM. Укажите 15% -ную выборку для проверки, стандартизируйте данные и укажите, что 'g' - положительный класс.

CVSVMModel = fitcsvm(X,Y,'Holdout',0.15,'ClassNames',{'b','g'},...
    'Standardize',true);
CompactSVMModel = CVSVMModel.Trained{1}; % Extract the trained, compact classifier
testInds = test(CVSVMModel.Partition);   % Extract the test indices
XTest = X(testInds,:);
YTest = Y(testInds,:);

CVSVMModel является ClassificationPartitionedModel классификатор. Оно содержит свойство Trained, который является массивом ячеек 1 на 1, содержащим CompactClassificationSVM классификатор, который программное обеспечение обучило с использованием набора обучающих данных.

Определите, насколько хорошо алгоритм обобщается, оценив ошибку классификации тестовой выборки.

L = loss(CompactSVMModel,XTest,YTest)
L = 0.0787

Классификатор SVM неправильно классифицирует приблизительно 8% тестовой выборки.

Открыть Live Script

Загрузите ionosphere набор данных.

load ionosphere
rng(1); % For reproducibility

Обучите классификатор SVM. Укажите 15% -ную выборку для проверки, стандартизируйте данные и укажите, что 'g' - положительный класс.

CVSVMModel = fitcsvm(X,Y,'Holdout',0.15,'ClassNames',{'b','g'},...
    'Standardize',true);
CompactSVMModel = CVSVMModel.Trained{1}; % Extract the trained, compact classifier
testInds = test(CVSVMModel.Partition);   % Extract the test indices
XTest = X(testInds,:);
YTest = Y(testInds,:);

CVSVMModel является ClassificationPartitionedModel классификатор. Оно содержит свойство Trained, который является массивом ячеек 1 на 1, содержащим CompactClassificationSVM классификатор, который программное обеспечение обучило с использованием набора обучающих данных.

Определите, насколько хорошо алгоритм обобщается, оценив потери шарнира тестовой выборки.

L = loss(CompactSVMModel,XTest,YTest,'LossFun','hinge')
L = 0.2998

Потеря шарнира составляет приблизительно 0,3. Предпочтительными являются классификаторы с потерями шарниров, близкими к 0.

Входные параметры

свернуть все

SVM классификационная модель, заданная как ClassificationSVMобъект модели объект модели, возвращенный fitcsvm или compact, соответственно.

Выборочные данные, заданный как таблица. Каждая строка TBL соответствует одному наблюдению, и каждый столбец соответствует одной переменной предиктора. Опционально TBL может содержать дополнительные столбцы для переменной отклика и весов наблюдений. TBL должны содержать все предикторы, используемые для обучения SVMModel. Многополюсные переменные и массивы ячеек, отличные от массивов ячеек векторов символов, не разрешены.

Если TBL содержит переменную отклика, используемую для обучения SVMModel, тогда вам не нужно указывать ResponseVarName или Y.

Если вы тренировались SVMModel используя выборочные данные, содержащуюся в таблице, затем входные данные для loss также должно быть в таблице.

Если вы задаете 'Standardize',true в fitcsvm при обучении SVMModelзатем программное обеспечение стандартизирует столбцы данных предиктора с помощью соответствующего средства в SVMModel.Mu и стандартные отклонения в SVMModel.Sigma.

Типы данных: table

Имя переменной отклика, заданное как имя переменной в TBL.

Вы должны задать ResponseVarName как вектор символов или строковый скаляр. Для примера, если переменная отклика Y хранится как TBL.Y, затем задайте ResponseVarName как 'Y'. В противном случае программное обеспечение обрабатывает все столбцы TBL, включая Y, как предикторы при обучении модели.

Переменная отклика должна быть категориальными символьными или строковыми массивами, логическим или числовым вектором или массивом ячеек из векторов символов. Если переменная отклика является символьным массивом, то каждый элемент должен соответствовать одной строке массива.

Типы данных: char | string

Данные предиктора, заданные как числовая матрица.

Каждая строка X соответствует одному наблюдению (также известному как образец или пример), и каждый столбец соответствует одной переменной (также известной как функция). Переменные в столбцах X должно быть таким же, как переменные, которые обучили SVMModel классификатор.

Длина Y и количество строк в X должно быть равным.

Если вы задаете 'Standardize',true в fitcsvm для обучения SVMModel, затем программное обеспечение стандартизирует столбцы X использование соответствующих средств в SVMModel.Mu и стандартные отклонения в SVMModel.Sigma.

Типы данных: double | single

Метки класса, заданные как категориальные символьные или строковые массивы, логический или числовой вектор или массив ячеек из векторов символов. Y должно совпадать с типом данных SVMModel.ClassNames. (Программа обрабатывает массивы строк как массивы ячеек векторов символов.)

Длина Y должно равняться количеству строк в TBL или количество строк в X.

Аргументы в виде пар имя-значение

Задайте необязательные разделенные разделенными запятой парами Name,Value аргументы. Name - имя аргумента и Value - соответствующее значение. Name должны находиться внутри кавычек. Можно задать несколько аргументов в виде пар имен и значений в любом порядке Name1,Value1,...,NameN,ValueN.

Пример: loss(SVMModel,TBL,Y,'Weights',W) взвешивает наблюдения в каждой строке TBL использование соответствующего веса в каждой строке переменной W в TBL.

Функция потерь, заданная как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'LossFun' и встроенное имя функции потерь или указатель на функцию.

  • В этой таблице перечислены доступные функции потерь. Задайте один с помощью соответствующего вектора символов или строкового скаляра.

    ЗначениеОписание
    'binodeviance'Биномиальное отклонение
    'classiferror'Неверно классифицированный коэффициент в десятичных числах
    'exponential'Экспоненциальные потери
    'hinge'Потеря шарнира
    'logit'Логистические потери
    'mincost'Минимальные ожидаемые затраты на неправильную классификацию (для классификационных оценок, которые являются апостериорными вероятностями)
    'quadratic'Квадратичные потери

    'mincost' подходит для классификационных оценок, которые являются апостериорными вероятностями. Можно задать, чтобы использовать апостериорные вероятности как классификационные оценки для моделей SVM путем установки 'FitPosterior',true когда вы перекрестно проверяете модель используя fitcsvm.

  • Задайте свою собственную функцию при помощи обозначения указателя на функцию.

    Предположим, что n количество наблюдений в X, и K - количество различных классов (numel(SVMModel.ClassNames)) используется для создания модели входа (SVMModel). Ваша функция должна иметь эту подпись

    lossvalue = lossfun(C,S,W,Cost)
    где:

    • Выходной аргумент lossvalue является скаляром.

    • Вы выбираете имя функции (lossfun).

    • C является n-by- K логическая матрица с строками, указывающими класс, к которому принадлежит соответствующее наблюдение. Порядок столбцов соответствует порядку классов в SVMModel.ClassNames.

      Конструкция C путем установки C(p,q) = 1 если наблюдение p находится в q классов, для каждой строки. Установите все другие элементы строки p на 0.

    • S является n-by- K числовая матрица классификационных оценок, подобная выходным данным predict. Порядок столбцов соответствует порядку классов в SVMModel.ClassNames.

    • W является n-by-1 числовой вектор весов наблюдений. Если вы сдаете W, программное обеспечение нормализует веса, чтобы сумма 1.

    • Cost является K-by- K числовая матрица затрат на неправильную классификацию. Для примера, Cost = ones(K) – eye(K) задает стоимость 0 для правильной классификации и 1 для неправильной классификации.

    Задайте свою функцию, используя 'LossFun', @ lossfun.

Для получения дополнительной информации о функциях потерь смотрите Классификационные потери.

Пример: 'LossFun','binodeviance'

Типы данных: char | string | function_handle

Веса наблюдений, заданные как разделенная разделенными запятой парами, состоящая из 'Weights' и числовой вектор или имя переменной в TBL. Программа взвешивает наблюдения в каждой строке X или TBL с соответствующим весом в Weights.

Если вы задаете Weights в виде числового вектора, затем размера Weights должно быть равно количеству строк в X или TBL.

Если вы задаете Weights как имя переменной в TBL, вы должны сделать это как вектор символов или строковый скаляр. Для примера, если веса сохранены как TBL.W, затем задайте Weights как 'W'. В противном случае программное обеспечение обрабатывает все столбцы TBL, включая TBL.W, как предикторы.

Если вы не задаете свою собственную функцию потерь, то программное обеспечение нормализуется Weights суммировать до значения предшествующей вероятности в соответствующем классе.

Пример: 'Weights','W'

Типы данных: single | double | char | string

Подробнее о

свернуть все

Классификационные потери

Classification loss функции измеряют прогнозирующую неточность классификационных моделей. Когда вы сравниваете один и тот же тип потерь среди многих моделей, более низкая потеря указывает на лучшую прогнозирующую модель.

Рассмотрим следующий сценарий.

  • L - средневзвешенные классификационные потери.

  • n - размер выборки.

  • Для двоичной классификации:

    • yj - наблюдаемая метка класса. Программное обеспечение кодирует его как -1 или 1, указывая на отрицательный или положительный класс (или первый или второй класс в ClassNames свойство), соответственно.

    • f (Xj) является баллом классификации положительного класса для j наблюдений (строка) X данных предиктора.

    • mj = yj f (Xj) является классификационной оценкой для классификации j наблюдений в класс, относящийся к yj. Положительные значения mj указывают на правильную классификацию и не вносят большой вклад в средние потери. Отрицательные значения mj указывают на неправильную классификацию и вносят значительный вклад в среднюю потерю.

  • Для алгоритмов, которые поддерживают многоклассовую классификацию (то есть K ≥ 3):

    • yj* - вектор с K - 1 нулями, с 1 в положении, соответствующем истинному, наблюдаемому классу yj. Для примера, если истинный класс второго наблюдения является третьим классом и K = 4, то y 2* = [0 0 1 0]′. Порядок классов соответствует порядку в ClassNames свойство модели входа.

    • f (Xj) является вектором K длины счетов классов для j наблюдений X данных предиктора. Порядок счетов соответствует порядку классов в ClassNames свойство модели входа.

    • mj = yj*′ f (<reservedrangesplaceholder1>). Поэтому mj является скалярной классификационной оценкой, которую модель предсказывает для истинного наблюдаемого класса.

  • Вес для j наблюдения wj. Программа нормализует веса наблюдений так, чтобы они суммировались с соответствующей вероятностью предыдущего класса. Программное обеспечение также нормализует предыдущие вероятности, поэтому они равны 1. Поэтому,

    ∑j=1nwj=1.

С учетом этого сценария в следующей таблице описываются поддерживаемые функции потерь, которые можно задать при помощи 'LossFun' аргумент пары "имя-значение".

Функция потерьЗначение LossFunУравнение
Биномиальное отклонение'binodeviance'L=∑j=1nwjlog{1+exp[−2mj]}.
Неверно классифицированный коэффициент в десятичных числах'classiferror'

L=∑j=1nwjI{y^j≠yj}.

y^j - метка класса, соответствующая классу с максимальным счетом. I {·} является функцией индикации.

Потери перекрестной энтропии'crossentropy'

'crossentropy' подходит только для моделей нейронных сетей.

Взвешенные потери перекрестной энтропии

L=−∑j=1nw˜jlog(mj)Kn,

где веса w˜j нормированы в сумме к n вместо 1.

Экспоненциальные потери'exponential'L=∑j=1nwjexp(−mj).
Потеря шарнира'hinge'L=∑j=1nwjmax{0,1−mj}.
Логит потеря'logit'L=∑j=1nwjlog(1+exp(−mj)).
Минимальные ожидаемые затраты на неправильную классификацию'mincost'

'mincost' подходит только, если классификационные оценки апостериорные вероятности.

Программа вычисляет взвешенные минимальные ожидаемые затраты классификации, используя эту процедуру для наблюдений j = 1,..., n.

  1. Оцените ожидаемые затраты на неправильную классификацию классификации Xj наблюдений в k классов:

    γjk=(f(Xj)′C)k.

    f (Xj) является вектором-столбцом апостериорных вероятностей классов для двоичной и многоклассовой классификации для Xj наблюдений. C - матрица затрат, сохраненная в Cost свойство модели.

  2. Для j наблюдения спрогнозируйте метку класса, соответствующую минимальной ожидаемой стоимости неправильной классификации:

    y^j=argmink=1,...,Kγjk.

  3. Используя C, идентифицируйте понесенные затраты (cj) для создания предсказания.

Взвешенное среднее значение минимальных ожидаемых потерь от неправильной классификации

L=∑j=1nwjcj.

Если вы используете матрицу затрат по умолчанию (значение элемента которой 0 для правильной классификации и 1 для неправильной классификации), то 'mincost' потеря эквивалентна 'classiferror' потеря.

Квадратичные потери'quadratic'L=∑j=1nwj(1−mj)2.

Этот рисунок сравнивает функции потерь (кроме 'crossentropy' и 'mincost') по счету m для одного наблюдения. Некоторые функции нормированы, чтобы пройти через точку (0,1).

Comparison of classification losses for different loss functions

Классификационная оценка

SVM- classification score для классификации x наблюдений является подписанным расстоянием от x до контура принятия решения в диапазоне от - ∞ до +∞. Положительный счет для класса указывает, что x, по прогнозам, находится в этом классе. Отрицательный счет указывает на обратное.

Положительный класс классификационной оценки f(x) - это обученная функция классификации SVM. f(x) является также численным предсказанным ответом для x или счетом для предсказания x в положительный класс.

f(x)=∑j=1nαjyjG(xj,x)+b,

где (α1,...,αn,b) являются оцененными параметрами SVM, G(xj,x) является скалярным произведением в пространстве предикторов между x и поддерживающими векторами, и сумма включает наблюдения обучающего набора. Отрицательная классификационная оценка для x или балл для предсказания x в отрицательный класс равен - f (x).

Если G (xj, x) = xj − x (линейное ядро), то функция оценки уменьшается до

f(x)=(x/s)′β+b.

s - шкала ядра, а β - вектор подгоняемых линейных коэффициентов.

Для получения дополнительной информации смотрите Общие сведения о машинах опорных векторов.

Ссылки

[1] Хасти, Т., Р. Тибширани и Дж. Фридман. Элементы статистического обучения, второе издание. Спрингер, Нью-Йорк, 2008.

Расширенные возможности

См. также

| | |

Введенный в R2014a

Statistics and Machine Learning Toolbox документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте