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
在机器学习建模、数据预处理、抽样划分、模型初始化训练的全流程中,随机种子是控制实验随机性、保证结果可复现、提升模型稳定性 ...
2026-08-04Python作为面向对象的主流编程语言,核心编程体系由变量、方法、类三大基础要素构成。三者层层递进、相互协作,支撑起所有基础代 ...
2026-08-04 很多数据分析师沉迷于复杂的机器学习算法,却忽略了数据分析最基础也最核心的能力——描述性统计。事实上,80%的商业分析问 ...
2026-08-04为什么学习数据分析? 当下,我们已然步入数据要素价值全面释放的智能时代。数据不再只是零散的数字记录,更是驱动新质生产力运 ...
2026-08-03CDA等级认证证书有效期为三年,三年进行一次年审,主要考察CDA持证人的职业发展情况;学历、工作单位及职业变更情况;继续教育 ...
2026-08-03【核心关键词】金融、岗位、企业、算法、知识、专业、理论、课程、软件、数据分析、业务类型、应用场景、经营管理、大型企业、 ...
2026-08-03在日常数据分析、业务报表复盘、业绩预测工作中,平均增长率是衡量数据长期变化趋势的核心指标,广泛用于营收增长、用户增长、销 ...
2026-08-03很多人把统计学理解为“一堆公式和计算”,却忽略了它的本质——一门让数据“开口说话”的科学。真正的数据分析高手,不是会算平 ...
2026-08-03在数据指标体系搭建工作中,从业者常困惑于指标搭建的核心逻辑:究竟是依托一线零散数据自下而上汇总指标,还是基于战略目标自上 ...
2026-07-31在数据分析、问卷研究、实验复盘、业务建模的工作中,大多数人最关注的是“用什么统计方法”:是做T检验、方差分析、卡方检验, ...
2026-07-31 许多数据分析师精通Excel函数和SQL查询,但当面对一张上万行的销售明细表,要快速回答“哪个地区销量最高”“哪款产品增长最 ...
2026-07-31在问卷调研的数据分析流程中,“先检验信效度,再开展进阶统计分析”是通用的规范逻辑。很多从业者会听到“问卷效度高,后续可以 ...
2026-07-30【核心关键词】大数据、统计学、专业、毕业生、论文、课程、计算机、建模、知识、数据分析、机器学习、数据科学、大数据技术、 ...
2026-07-30 很多数据分析师掌握了Excel函数、会写SQL查询,但当被问到“数据从哪里来”“数据加工有哪些步骤”“如何使用分析工具连接数 ...
2026-07-30在业务数据分析中,按天拆分统计夜间时段的数据是高频需求——比如电商夜间订单监测、平台夜间用户活跃度分析、运维系统夜间异常 ...
2026-07-29在机器学习建模与特征工程实践中,判断不同特征对模型预测效果的贡献度,是特征筛选、模型解释、业务归因的核心环节。特征置换重 ...
2026-07-29 很多数据分析师精通Excel单元格操作,但当被问到“表结构数据的基本处理单位是什么”“字段和记录的本质区别”“为什么表结 ...
2026-07-29【核心关键词】岗位、数字化、经验、课程、方法论、决策、企业、大方向、数据分析、销售管理、理论知识、思维方式、分析销售、 ...
2026-07-28在问卷调研、用户分群、效果对比等业务数据分析中,分类变量的关联性与差异性验证是高频需求。卡方检验作为针对离散分类数据的经 ...
2026-07-28 数据分析师八成以上的时间在和数据表格打交道,但许多人拿到Excel后习惯性地先算、先分析,结果回头发现漏了一列关键数据, ...
2026-07-28