ELM极限学习机相关.docx
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简单易学的机器学习算法——极限学习机(ELM)一、极限学习机的概念? ? 极限学习机(Extreme Learning Machine) ELM,是由黄广斌提出来的求解单隐层神经网络的 HYPERLINK /base/datastructure \o 算法与数据结构知识库 \t _blank 算法。? ? ELM最大的特点是对于传统的神经网络,尤其是单隐层前馈神经网络(SLFNs),在保证学习精度的前提下比传统的学习算法速度更快。二、极限学习机的原理ELM是一种新型的快速学习算法,对于单隐层神经网络,ELM 可以随机初始化输入权重和偏置并得到相应的输出权重。(选自黄广斌老师的PPT)对于一个单隐层神经网络(见Figure 1),假设有个任意的样本,其中,。对于一个有个隐层节点的单隐层神经网络可以表示为其中,为激活函数,为输入权重,为输出权重,是第个隐层单元的偏置。表示和的内积。? ? ?单隐层神经网络学习的目标是使得输出的误差最小,可以表示为即存在,和,使得可以矩阵表示为其中,是隐层节点的输出,为输出权重,为期望输出。,为了能够训练单隐层神经网络,我们希望得到,和,使得其中,,这等价于最小化损失函数传统的一些基于梯度下降法的算法,可以用来求解这样的问题,但是基本的基于梯度的学习算法需要在迭代的过程中调整所有参数。而在ELM算法中, 一旦输入权重和隐层的偏置被随机确定,隐层的输出矩阵就被唯一确定。训练单隐层神经网络可以转化为求解一个线性系统。并且输出权重可以被确定其中,是矩阵的Moore-Penrose广义逆。且可证明求得的解的范数是最小的并且唯一。三、实验? ? 我们使用《 HYPERLINK /googlarticle/details\t _blank 简单易学的机器学习算法——Logistic回归》中的实验数据。原始数据集我们采用统计错误率的方式来评价实验的效果,其中错误率公式为:对于这样一个简单的问题,。MATLAB代码主程序[plain]? HYPERLINK /googlarticle/details\o view plain view plain? HYPERLINK /googlarticle/details\o copy copy?%%?主函数,二分类问题????%导入数据集??A?=?load(testSet.txt);????data?=?A(:,1:2);%特征??label?=?A(:,3);%标签????[N,n]?=?size(data);????L?=?100;%隐层节点个数??m?=?2;%要分的类别数????%--初始化权重和偏置矩阵??W?=?rand(n,L)*2-1;??b_1?=?rand(1,L);??ind?=?ones(N,1);??b?=?b_1(ind,:);%扩充成N*L的矩阵????tempH?=?data*W+b;??H?=?g(tempH);%得到H????%对输出做处理??temp_T=zeros(N,m);??for?i?=?1:N??????if?label(i,:)?==?0??????????temp_T(i,1)?=?1;??????else???????????temp_T(i,2)?=?1;??????end??????end??T?=?temp_T*2-1;????outputWeight?=?pinv(H)*T;????%--画出图形??x_1?=?data(:,1);????x_2?=?data(:,2);????hold?on????for?i?=?1?:?N????????if?label(i,:)?==?0????????????plot(x_1(i,:),x_2(i,:),.g);????????else????????????plot(x_1(i,:),x_2(i,:),.r);????????end????end????output?=?H?*?outputWeight;??%---计算错误率??tempCorrect=0;??for?i?=?1:N??????[maxNum,index]?=?max(output(i,:));??????index?=?index-1;??????if?index?==?label(i,:);??????????tempCorrect?=?tempCorrect+1;??????end??end????errorRate?=?1-tempCorrect./N;??激活函数[plain]? HYPERLINK /googlarticle/details/182
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