京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
机器学习实现与分析之五(高斯判别分析)
高斯判别分析(GDA)简介
首先,高斯判别分析的作用也是用于分类。对于两类样本,其服从伯努利分布,而对每个类中的样本,假定都服从高斯分布,则有:
这样,根据训练样本,估计出先验概率以及高斯分布的均值和协方差矩阵(注意这里两类内部高斯分布的协方差矩阵相同),即可通过如下贝叶斯公式求出一个新样本分别属于两类的概率,进而可实现对该样本的分类。
GDA详细推导
那么高斯判别分析的核心工作就是估计上述未知量ϕ,μ0,μ1,Σϕ,μ0,μ1,Σ。如何来估计这些参数?又该最大似然估计上场了。其对数似然函数为:
注意此函数第一部分只和μ0,Σμ0,Σ有关,第二部分只和μ1,Σμ1,Σ有关,最后一部分只和ϕϕ有关。最大化该函数,首先求ϕϕ,先对其求偏导数:
此处II为指示函数。令其为0,可求解出:
同样地,对μ0μ0求偏导数:
令其为0,可求解得:
根据对称性可直接得出:
下面对ΣΣ求偏导数,由于似然函数只有前面两部分与ΣΣ有关,则将前两部分改写如下:
进而有:
这里推导用到了:
令其为0,从而求得:
上面的推导似乎很复杂,但其结果却是非常简洁。通过上述公式,所有的参数都已经估计出来,需要判断一个新样本x时,可分别使用贝叶斯求出p(y=0|x)和p(y=1|x),取概率更大的那个类。
实际计算时,我们只需要比大小,那么贝叶斯公式中分母项可以不计算,由于2个高斯函数协方差矩阵相同,则高斯分布前面那相同部分也可以忽略。实际上,GDA算法也是一个线性分类器,根据上面推导可以知道,GDA的分界线(面)的方程为:
取对数展开后化解,可得:
若
,则
这就是GDA算法的线性分界面。
GDA实现
这里也采用前面讲逻辑回归生成的数据来进行实验,直接load进来进行处理,详见逻辑回归。GDA训练代码如下:
View Code
测试代码:
View Code
训练结果如下,训练样本中,正负样本均为100个,故ϕ=0.5:
改变正负样本数量,即相当于改变先验概率,则实验结果如下(相应的ϕϕ的值显示在图像标题):
算法分析
1.与逻辑回归的关系
根据上面的结果以及贝叶斯公式,可有
而
那么,令
则
这不就是逻辑回归的形式么?
在推导逻辑回归的时候,我们并没有假设类内样本是服从高斯分布的,因而GDA只是逻辑回归的一个特例,其建立在更强的假设条。故两者效果比较:
a.逻辑回归是基于弱假设推导的,则其效果更稳定,适用范围更广
b.数据服从高斯分布时,GDA效果更好
c.当训练样本数很大时,根据中心极限定理,数据将无限逼近于高斯分布,则此时GDA的表现效果会非常好
2.为何要假设两类内部高斯分布的协方差矩阵相同?
从直观上讲,假设两个类的高斯分布协方差矩阵不同,会更加合理(在混合高斯模型中就是如此假设的),而且可推导出类似上面简洁的结果。
假定两个类有相同协方差矩阵,分析具有以下几点影响:
A.当样本不充分时,使用不同协方差矩阵会导致算法稳定性不够;过少的样本甚至导致协方差矩阵不可逆,那么GDA算法就没法进行
B.使用不同协方差矩阵,最终GDA的分界面不是线性的,同样也推导不出GDA的逻辑回归形式
3.使用GDA时对训练样本有何要求?
首先,正负样本数的比例需要符合其先验概率。若是预先明确知道两类的先验概率,那么可使用此概率来代替GDA计算的先验概率;若是完全不知道,则可以公平地认为先验概率为 50%。
其次,样本数必须不小于样本特征维数,否则会导致协方差矩阵不可逆,按照前面分析应该是多多益善。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据分析实战中,我们经常会遇到“多指标冗余”的问题——比如分析企业经营状况时,需同时关注营收、利润、负债率、周转率等十 ...
2026-02-04在数据分析场景中,基准比是衡量指标表现、评估业务成效、对比个体/群体差异的核心工具,广泛应用于绩效评估、业务监控、竞品对 ...
2026-02-04业务数据分析是企业日常运营的核心支撑,其核心价值在于将零散的业务数据转化为可落地的业务洞察,破解运营痛点、优化业务流程、 ...
2026-02-04在信贷业务中,违约率是衡量信贷资产质量、把控信用风险、制定风控策略的核心指标,其统计分布特征直接决定了风险定价的合理性、 ...
2026-02-03在数字化业务迭代中,AB测试已成为验证产品优化、策略调整、运营活动效果的核心工具。但多数业务场景中,单纯的“AB组差异对比” ...
2026-02-03企业战略决策的科学性,决定了其长远发展的格局与竞争力。战略分析方法作为一套系统化、专业化的思维工具,为企业研判行业趋势、 ...
2026-02-03在统计调查与数据分析中,抽样方法分为简单随机抽样与复杂抽样两大类。简单随机抽样因样本均匀、计算简便,是基础的抽样方式,但 ...
2026-02-02在数据驱动企业发展的今天,“数据分析”已成为企业经营决策的核心支撑,但实践中,战略数据分析与业务数据分析两个概念常被混淆 ...
2026-02-02在数据驱动企业发展的今天,“数据分析”已成为企业经营决策的核心支撑,但实践中,战略数据分析与业务数据分析两个概念常被混淆 ...
2026-02-02B+树作为数据库索引的核心数据结构,其高效的查询、插入、删除性能,离不开节点间指针的合理设计。在日常学习和数据库开发中,很 ...
2026-01-30在数据库开发中,UUID(通用唯一识别码)是生成唯一主键、唯一标识的常用方式,其标准格式包含4个短横线(如550e8400-e29b-41d4- ...
2026-01-30商业数据分析的价值落地,离不开标准化、系统化的总体流程作为支撑;而CDA(Certified Data Analyst)数据分析师,作为经过系统 ...
2026-01-30在数据分析、质量控制、科研实验等场景中,数据波动性(离散程度)的精准衡量是判断数据可靠性、稳定性的核心环节。标准差(Stan ...
2026-01-29在数据分析、质量检测、科研实验等领域,判断数据间是否存在本质差异是核心需求,而t检验、F检验是实现这一目标的经典统计方法。 ...
2026-01-29统计制图(数据可视化)是数据分析的核心呈现载体,它将抽象的数据转化为直观的图表、图形,让数据规律、业务差异与潜在问题一目 ...
2026-01-29箱线图(Box Plot)作为数据分布可视化的核心工具,能清晰呈现数据的中位数、四分位数、异常值等关键统计特征,广泛应用于数据分 ...
2026-01-28在回归分析、机器学习建模等数据分析场景中,多重共线性是高频数据问题——当多个自变量间存在较强的线性关联时,会导致模型系数 ...
2026-01-28数据分析的价值落地,离不开科学方法的支撑。六种核心分析方法——描述性分析、诊断性分析、预测性分析、规范性分析、对比分析、 ...
2026-01-28在机器学习与数据分析领域,特征是连接数据与模型的核心载体,而特征重要性分析则是挖掘数据价值、优化模型性能、赋能业务决策的 ...
2026-01-27关联分析是数据挖掘领域中挖掘数据间潜在关联关系的经典方法,广泛应用于零售购物篮分析、电商推荐、用户行为路径挖掘等场景。而 ...
2026-01-27