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15.7 多元高斯分布(选修)

参考视频: 15 - 7 - Multivariate Gaussian Distribution (Optional) (14 min).mkv

假使我们有两个相关的特征,而且这两个特征的值域范围比较宽,这种情况下,一般的高斯分布模型可能不能很好地识别异常数据。其原因在于,一般的高斯分布模型尝试的是去同时抓住两个特征的偏差,因此创造出一个比较大的判定边界。
下图中是两个相关特征,洋红色的线(根据ε的不同其范围可大可小)是一般的高斯分布模型获得的判定边界,很明显绿色的X所代表的数据点很可能是异常值,但是其p(x)值却仍然在正常范围内。多元高斯分布将创建像图中蓝色曲线所示的判定边界。



其中:


上图是5个不同的模型,从左往右依次分析:

  1. 是一个一般的高斯分布模型
  2. 通过协方差矩阵,令特征1拥有较小的偏差,同时保持特征2的偏差
  3. 通过协方差矩阵,令特征2拥有较大的偏差,同时保持特征1的偏差
  4. 通过协方差矩阵,在不改变两个特征的原有偏差的基础上,增加两者之间的正相关性
  5. 通过协方差矩阵,在不改变两个特征的原有偏差的基础上,增加两者之间的负相关性
    多元高斯分布模型与原高斯分布模型的关系:
    可以证明的是,原本的高斯分布模型是多元高斯分布模型的一个子集,即像上图中的第1、2、3,3个例子所示,如果协方差矩阵只在对角线的单位上有非零的值时,即为原本的高斯分布模型了。
    原高斯分布模型和多元高斯分布模型的比较:


原高斯分布模型被广泛使用着,如果特征之间在某种程度上存在相互关联的情况,我们可以通过构造新新特征的方法来捕捉这些相关性。
如果训练集不是太大,并且没有太多的特征,我们可以使用多元高斯分布模型。

15.8 使用多元高斯分布进行异常检测(选修)

参考视频: 15 - 8 - Anomaly Detection using the Multivariate Gaussian Distribution (Optional) (14 min).mkv

在我们谈到的最后一个视频,关于多元高斯分布,看到的一些建立的各种分布模型,当你改变参数,μ 和 Σ。在这段视频中,让我们用这些想法,并应用它们制定一个不同的异常检测算法。
要回顾一下多元高斯分布和多元正态分布:

分布有两个参数, μ 和 Σ。其中μ这一个n维向量和 Σ 的协方差矩阵,是一种n×n的矩阵。而这里的公式x的概率,如按 μ 和参数化 Σ,和你的变量 μ 和 Σ,你可以得到一个范围的不同分布一样,你知道的,这些都是三个样本,那些我们在以前的视频看过了。
因此,让我们谈谈参数拟合或参数估计问题:


这其实只是当我们使用PCA算法时候,有 Σ 时写出来。所以你只需插入上述两个公式,这会给你你估计的参数 μ 和你估计的参数 Σ。所以,这里给出的数据集是你如何估计 μ 和 Σ。让我们以这种方法而只需将其插入到异常检测算法。那么,我们如何把所有这一切共同开发一个异常检测算法?

首先,我们把我们的训练集,和我们的拟合模型,我们计算p(x),要知道,设定μ和描述的一样Σ。

如图,该分布在中央最多,越到外面的圈的范围越小。
并在该点是出路这里的概率非常低。
原始模型与多元高斯模型的关系如图:
其中:协方差矩阵Σ为:

原始模型和多元高斯分布比较如图: