LibSVM学习详细说明

LibSVM学习详细说明代码文件主要针对Matlab进行说明,但个人仍觉得讲解的支持向量机内容非常棒,可以做为理解这一统计方法的辅助资料; LibSVM是台湾林智仁(Chih-Jen Lin)教授2001年开发的一套支持向量机的库,这套库运算速度还是挺快的,可以很方便的对数据做分类或回归。由于libSVM程序小,运用灵活,

代码文件主要针对Matlab进行说明,但个人仍觉得讲解的支持向量机内容非常棒,可以做为理解这一统计方法的辅助资料;

      LibSVM是台湾林智仁(Chih-Jen Lin)教授2001年开发的一套支持向量机的库,这套库运算速度还是挺快的,可以很方便的对数据做分类或回归。由于libSVM程序小,运用灵活,输入参数少,并且是开源的,易于扩展,因此成为目前国内应用最多的SVM的库。

这套库可以从http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/免费获得,目前已经发展到2.89版。下载.zip格式的版本,解压后可以看到,主要有5个文件夹和一些c++源码文件。

Java——主要是应用于java平台;

Python——是用来参数优选的工具,稍后介绍;

svm-toy——一个可视化的工具,用来展示训练数据和分类界面,里面是源码,其编译后的程序在windows文件夹下;

tools——主要包含四个python文件,用来数据集抽样(subset),参数优选(grid),集成测试(easy),数据检查(checkdata);

windows——包含libSVM四个exe程序包,我们所用的库就是他们,里面还有个heart_scale,是一个样本文件,可以用记事本打开,用来测试用的。

其他.h和.cpp文件都是程序的源码,可以编译出相应的.exe文件。其中,最重要的是svm.h和svm.cpp文件,svm-predict.c、svm-scale.c和svm-train.c(还有一个svm-toy.c在svm-toy文件夹中)都是调用的这个文件中的接口函数,编译后就是windows下相应的四个exe程序。另外,里面的 README 跟 FAQ也是很好的文件,对于初学者如果E文过得去,可以看一下。

下面以svm-train为例,简单的介绍下,怎么编译:(这步很简单,也没必要,对于仅仅使用libsvm库的人来说,windows下的4个exe包已经足够了,之所以加这步,是为了那些做深入研究的人,可以按照自己的思路改变一下svm.cpp,然后编译验证)

我用的是VC 6.0,新建一个控制台(win32 console application)程序,程序名叫svm-train(这个可以随意),点击OK后,选择empty。

进入程序框架后,里面什么都没有,然后找到你的程序目录,把svm-train.c、svm.h和svm.cpp拷贝过去(.c文件是c语言的,要是你习惯了c++,你尽可以改成.cpp),然后把这3个文件添加到工程,编译。。。如果没错误,到debug下面看看,是不是有个svm-train.exe。其实windows下的svm-train.exe就是这样编译出来的。

哈哈,怎么样是不是很简单。但是,这样的程序直接运行没意义,他要在dos下运行,接收参数才行。下面开始我们的libsvm的体验之旅。

 

第一次体验LibSvm

        1.把LibSVM包解压到相应的目录(因为我只需要里面windows文件夹中的东东,我们也可以只把windows文件夹拷到相应的目录),比如D:/libsvm。

        2.在电脑“开始”的“运行”中输入cmd,进入DOS环境。定位到d:/ libsvm下,具体命令如下:

              d: (回车)

            cd /libsvm/windows (回车)

              (上面第一行是先定位到盘符d,第二行cd是定位到相应盘符下的目录)

        3.进行libsvm训练,输入命令:(这里要注意文件的名字,2.89以前版本都是svmtrain.exe)

        svm-train heart_scale train.model

        heart_scale——是目录下的已经存在的样本文件,要换成自己的文件,只需改成自己的文件名就可以了

        train.model——是创建的结果文件,保存了训练后的结果

可以看到结果:

*

optimization finished, #iter = 162

nu = 0.431029

obj = -100.877288, rho = 0.424462

nSV = 132, nBSV = 107

      Total nSV = 132

其中,#iter为迭代次数,nu是你选择的核函数类型的参数,obj为SVM文件转换为的二次规划求解得到的最小值,rho为判决函数的偏置项b,nSV为标准支持向量个数(0<a[i]<c),nBSV为边界上的支持向量个数(a[i]=c),Total nSV为支持向量总个数(对于两类来说,因为只有一个分类模型Total nSV = nSV,但是对于多类,这个是各个分类模型的nSV之和)。

  

在目录下,还可以看到产生了一个train.model文件,可以用记事本打开,记录了训练后的结果。

svm_type c_svc//所选择的svm类型,默认为c_svc

      kernel_type rbf//训练采用的核函数类型,此处为RBF

gamma 0.0769231//RBF核的参数γ

      nr_class 2//类别数,此处为两分类问题

total_sv 132//支持向量总个数

rho 0.424462//判决函数的偏置项b

label 1 -1//原始文件中的类别标识

nr_sv 64 68//每个类的支持向量机的个数

SV//以下为各个类的权系数及相应的支持向量

1 1:0.166667 2:1 3:-0.333333 … 10:-0.903226 11:-1 12:-1 13:1

0.5104832128985164 1:0.125 2:1 3:0.333333 … 10:-0.806452 12:-0.333333 13:0.5

………..

-1 1:-0.375 2:1 3:-0.333333…. 10:-1 11:-1 12:-1 13:1

-1 1:0.166667 2:1 3:1 …. 10:-0.870968 12:-1 13:0.5

 

到现在,第一次体验libsvm到这就基本结束了,其他的两个(svm-predict、svm-scale)的使用过程类似。怎么样,挺爽的吧。对于个别参数你还不理解,没关系,下面我们会具体讲到。

LibSvm使用规范:

其实,这部分写也是多余,google一下“libsvm使用”,就会N多的资源,但是,为了让你少费点心,在这里就简单的介绍一下,有不清楚的只有动动你的mouse了。需要说明的是,2.89版本以前,都是svmscale、svmtrain和svmpredict,最新的是svm-scale、svm-train和svm-predict,要是用不习惯,只需要把那四个exe文件名去掉中间的短横线,改成svmscale、svmtrain和svmpredict就可以了,我们还是按原来函数名的讲。

1. libSVM的数据格式

Label 1:value 2:value ….

Label:是类别的标识,比如上节train.model中提到的1 -1,你可以自己随意定,比如-10,0,15。当然,如果是回归,这是目标值,就要实事求是了。

Value:就是要训练的数据,从分类的角度来说就是特征值,数据之间用空格隔开

比如: -15 1:0.708 2:1056 3:-0.3333

需要注意的是,如果特征值为0,特征冒号前面的(姑且称做序号)可以不连续。如:

-15 1:0.708 3:-0.3333

表明第2个特征值为0,从编程的角度来说,这样做可以减少内存的使用,并提高做矩阵内积时的运算速度。我们平时在matlab中产生的数据都是没有序号的常规矩阵,所以为了方便最好编一个程序进行转化。

 

2. svmscale的用法

svmscale是用来对原始样本进行缩放的,范围可以自己定,一般是[0,1]或[-1,1]。缩放的目的主要是

1)防止某个特征过大或过小,从而在训练中起的作用不平衡;

2)为了计算速度。因为在核计算中,会用到内积运算或exp运算,不平衡的数据可能造成计算困难。

用法:svmscale [-l lower] [-u upper]

[-y y_lower y_upper]

[-s save_filename]

[-r restore_filename] filename

其中,[]中都是可选项:

      -l:设定数据下限;lower:设定的数据下限值,缺省为-1

     -u:设定数据上限;upper:设定的数据上限值,缺省为 1

     -y:是否对目标值同时进行缩放;y_lower为下限值,y_upper为上限值;

     -s save_filename:表示将缩放的规则保存为文件save_filename;

     -r restore_filename:表示将按照已经存在的规则文件restore_filename进行缩放;

      filename:待缩放的数据文件,文件格式按照libsvm格式。

默认情况下,只需要输入要缩放的文件名就可以了:比如(已经存在的文件为test.txt)

svmscale test.txt

这时,test.txt中的数据已经变成[-1,1]之间的数据了。但是,这样原来的数据就被覆盖了,为了让规划好的数据另存为其他的文件,我们用一个dos的重定向符 > 来另存为(假设为out.txt):

      svmscale test.txt > out.txt

运行后,我们就可以看到目录下多了一个out.txt文件,那就是规范后的数据。假如,我们想设定数据范围[0,1],并把规则保存为test.range文件:

svmscale –l 0 –u 1 –s test.range test.txt > out.txt

这时,目录下又多了一个test.range文件,可以用记事本打开,下次就可以用-r test.range来载入了。

3. svmtrain的用法

svmtrain我们在前面已经接触过,他主要实现对训练数据集的训练,并可以获得SVM模型。

用法: svmtrain [options] training_set_file [model_file]

其中,options为操作参数,可用的选项即表示的涵义如下所示:

-s设置svm类型:

0 – C-SVC

1 – v-SVC

2 – one-class-SVM

3 –ε-SVR

4 – n – SVR

-t设置核函数类型,默认值为2

0 –线性核:u‘*v

1 –多项式核:(g*u‘*v+coef0)degree

2 — RBF核:exp(-γ*||u-v||2)

3 — sigmoid核:tanh(γ*u‘*v+coef0)

-d degree:设置多项式核中degree的值,默认为3

-gγ:设置核函数中γ的值,默认为1/k,k为特征(或者说是属性)数;

-r coef 0:设置核函数中的coef 0,默认值为0;

-c cost:设置C-SVC、ε-SVR、n – SVR中从惩罚系数C,默认值为1;

-n v:设置v-SVC、one-class-SVM与n – SVR中参数n,默认值0.5;

-pε:设置v-SVR的损失函数中的e,默认值为0.1;

-m cachesize:设置cache内存大小,以MB为单位,默认值为40;

-eε:设置终止准则中的可容忍偏差,默认值为0.001;

-h shrinking:是否使用启发式,可选值为0或1,默认值为1;

-b概率估计:是否计算SVC或SVR的概率估计,可选值0或1,默认0;

-wi weight:对各类样本的惩罚系数C加权,默认值为1;

-v n:n折交叉验证模式;

model_file:可选项,为要保存的结果文件,称为模型文件,以便在预测时使用。

默认情况下,只需要给函数提供一个样本文件名就可以了,但为了能保存结果,还是要提供一个结果文件名,比如:test.model,则命令为:

svmtrain test.txt test.model

 

结果说明见LibSVM学习(二).

4. svmpredict的用法

svmpredict是根据训练获得的模型,对数据集合进行预测。

用法:svmpredict [options] test_file model_file output_file

其中,options为操作参数,可用的选项即表示的涵义如下所示:

-b probability_estimates——是否需要进行概率估计预测,可选值为0或者1,默认值为0。

model_file ——是由svmtrain产生的模型文件;

test_file——是要进行预测的数据文件,格式也要符合libsvm格式,即使不知道label的值,也要任意填一个,svmpredict会在output_file中给出正确的label结果,如果知道label的值,就会输出正确率;

output_file ——是svmpredict的输出文件,表示预测的结果值。

 

至此,主要的几个接口已经讲完了,满足一般的应用不成问题。对于要做研究的,还需要深入到svm.cpp文件内部,看看都做了什么。

 

逐步深入LibSVM(个人认为最精彩部分)

 

其实,在之前上海交大模式分析与机器智能实验室对2.6版本的svm.cpp做了部分注解,(在哪里?google一下你就知道)。但是,这个注释只是针对代码而注释,整篇看下来,你会发现除了理解几个参数的含义,还是会对libsvm一头雾水。当然作为理解程序的辅助材料,还是有很大用处的。特别是,对几个结构体的说明,比较清楚。但是要清楚程序具体做了什么,还是要追踪程序中去。

       由于svm涉及的数学知识比较多,我们这篇只是讲一些基本的思路,所以就从最基本的C-SVC型svm,核函数采用常用的RBF函数。LibSVM就采用2.6版本的好了,因为后续的版本作者又加了很多内容,不易理解作者最初的思路。我是做模式识别,主要从分类的角度来解析函数的调用过程,我们从svmtrain.c看起,其调用的函数过程如下:4.1

   4.2

    上图是整个C-SVC的计算过程,下面对一些重要的内容进行具体说明:

1. svm_group_class

      在2.6版中没有此函数的,其功能直接在svm_train实现,为了增强可读性,2.89版中设置了这个函数,其实所作的工作都是一样的。需要说明的是其重新排列后perm中只存储的是各个样本在原始位置的序号,而非数据。这样做的好处有两个:

       1)不必破坏原始数据(也就是读进来的x的数据);

       2)检索起来方便,只需要L维的数据检索,得到序号后,然后定位到原始数据中相应的位置就可以。

                                     4.3

       perm是中各类的排列顺序是按照原始样本中各类出现的先后顺序排列的,不一定是按照你原始样本的label序号排列,假如原始样本的label是{-1,0,1},而最先出现的label为1的样本,那么perm中就把label为1的作为类0最先排列。而start中记录的是各类的起始序号,而这个序号是在perm中的序号。

2. 多类判别的one-against-one

      svm做判别是用的分界线(面),两类之间只有一个分界线(面),因此分类器也只有1种,要么是1类要么是2类。但是对于多类,分类方式就有多种。目前,存在的方法主要有:

       1)1-V-R方式

       对于k类问题把其中某一类的n个训练样本视为一类,所有其他类别归为另一类,因此共有k个分类器。最后预测时,判别式使用竞争方式,也就是哪个类得票多就属于那个类。

       2)1-V-1方式

       也就是我们所说的one-against-one方式。这种方法把其中的任意两类构造一个分类器,共有(k-1)×k/2个分类器。最后预测也采用竞争方式。

       3)有向无环图(DAG-SVM)

       该方法在训练阶段采用1-V-1方式,而判别阶段采用一种两向有向无环图的方式。

       LibSVM采用的是1-V-1方式,因为这种方式思路简单,并且许多实践证实效果比1-V-R方式要好。 

                                                    4.4   

       上图是一个5类1-V-1组合的示意图,红色是0类和其他类的组合,紫色是1类和剩余类的组合,绿色是2类与右端两类的组合,蓝色只有3和4的组合。因此,对于nr_class个类的组合方式为:

                                                        for(i = 0; i < nr_class; i ++)

                                                        {

                                                               for(j = i+1; i < nr_class; j ++)     

                                                               { 类 i –V – 类 j }

                                                        }

3. hessian矩阵的内存处理        

      因为svm是基于结构风险最小的,因此在分类识别方式具有较传统的基于经验风险最小的方式有优势。但是svm也有一个致命的缺陷,因为要计算hessian矩阵Qij所耗的内存巨大,不利于实践中应用。目前,怎么减小内存的使用依旧是SVM的研究的课题。LibSVM对hessian矩阵处理的策略是定义了一个内存处理类Cache类,预先认为分配一定的内存,存储计算好的Qij,其序号的检索采用双向链表的方式,加快了检索速度。其最重要的函数为:

       int Cache::get_data(const int index,Qfloat **data,int len)

      //len 是 data 的长度,data为返回的内存首地址,index为Qij的行。

       每次都要查找链表中行为index的Qi,假如已经计算过了,就返回计算过的内存地址,并把储存首地址的链表节点插入到链表尾部。假如没计算过,就分配内存并进行计算,当剩余的内存不够时,就要回收链表头指向的内存。这里,可能有人会问,难道以前计算的就没有用了吗??其实,是因为Qij是稀疏矩阵,在训练过程中只要其对应的alpha[i]不再变动(这时alpha[i]=0或者alpha[i]=C),其对应的Qi就不会被选到来训练,因此原来计算的Qi就没有用了。其实,链表的顺序代表了别选到的频率,最头部的是最不可能被选到,因为这时alpha[i]=0或者alpha[i]=C,而最尾部的最容易被选到。

4. 数据选择select_working_set(i,j)     

     对于样本数量比较多的时候(几千个),SVM所需要的内存是计算机所不能承受的。目前,对于这个问题的解决方法主要有两种:块算法和分解算法。这里,libSVM采用的是分解算法中的SMO(串行最小化)方法,其每次训练都只选择两个样本。我们不对SMO做具体的讨论,要想深入了解可以查阅相关的资料,这里只谈谈和程序有关的知识。

      一般SVM的对偶问题为:                      

                                       4.5              (4.1)                                                              

S.t.        

                                                        4.6                                                                                          

     SVM收敛的充分必要条件是KKT条件,其中:

           4.7           (4.2)

     由4.1式求导可得:                          4.8       (4.3)

     进一步推导可知:

                       4.9                              (4.4)

    也就是说,只要所有的样本都满足4.4式,那么得到解就是最优值。因此,在每轮训练中,每次只要选择两个样本(序号为i和j),是最违反KKT条件(也就是4.4式)的样本,就能保证其他样本也满足KKT条件。序号i和j的选择方式 :            4.10                         (4.5)

5. 停止准则

    LibSVM程序中,停止准则蕴含在了函数select_working_set(i,j)返回值中。也就是,当找不到符合4.5式的样本时,那么理论上就达到了最优解。但是,实际编程时,由于KKT条件还是蛮苛刻的,要进行适当的放松。令:

                                                              4.11                                 (4.6)

     由4.4式可知,当所有样本都满足KKT条件时,gi ≤ -gj

       加一个适当的宽松范围ε,也就是程序中的eps,默认为0.001,那么最终的停止准则为:

                                                                           gi ≤ -gj+ε  →    gi + gj≤ε                                    (4.7)

6. 因子α的更新

    由于SMO每次都只选择2个样本,那么4.1式的等式约束可以转化为直线约束:

              4.12                                             (4.8)

   转化为图形表示为:

       4.13                            

      把4.8式中α1由α2 表示,即:4.14,结合上图由解析几何可得α2的取值范围:

      4.15           (4.9)

     经过一系列变换,可以得到的α2更新值α2new

  4.16                                               (4.10)

    结合4.9和4.10式得到α2new最终表达式:

      4.17                                                            (4.11)

      得到α2new后,就可以由4.8式求α1new

      这里,具体操作的时候,把选择后的序号i和j代替这里的1和2就可以了。当然,编程时,这些公式还是太抽象。对于4.9式,还需要具体细分。比如,对于y1 y2 = -1时的L = max(0,α2 – α1),是0大还α2 – α1是大的问题。总共需要分8种情况。

7. 数据缩放do_shrinking()

     上面说到SVM用到的内存巨大,另一个缺陷就是计算速度,因为数据大了,计算量也就大,很显然计算速度就会下降。因此,一个好的方式就是在计算过程中逐步去掉不参与计算的数据。因为,实践证明,在训练过程中,alpha[i]一旦达到边界(alpha[i]=0或者alpha[i]=C),alpha[i]值就不会变,随着训练的进行,参与运算的样本会越来越少,SVM最终结果的支持向量(0<alpha[i]<C)往往占很少部分。

       LibSVM采用的策略是在计算过程中,检测active_size中的alpha[i]值,如果alpha[i]到了边界,那么就应该把相应的样本去掉(变成inactived),并放到栈的尾部,从而逐步缩小active_size的大小。

8. 截距b的计算

    b计算的基本公式为:

     4.18                                                                       (4.12)

     理论上,b的值是不定的。当程序达到最优后,只要用任意一个标准支持向量机(0<alpha[i]<C)的样本带入4.12式,得到的b值都是可以的。目前,求b的方法也有很多种。在libSVM中,分别对y=+1和y=-1的两类所有支持向量求b,然后取平均值:

     4.19                                                                     (4.13)

    至此,libSVM的整个思路我们简单的过了一遍,里面涉及到很到理论知识,许多细节需要查看相关的SVM的书籍。说实话,笔者也是新手,有些理论也没弄很清楚,我只能把我知道的尽量的讲出来。希望对一些想要了解SVM的有所帮助。

 

分界线的输出

对于学习SVM人来说,要判断SVM效果,以图形的方式输出的分解线是最直观的。LibSVM自带了一个可视化的程序svm-toy,用来输出类之间的分界线。他是先把样本文件载入,然后进行训练,通过对每个像素点的坐标进行判断,看属于哪一类,就附上那类的颜色,从而使类与类之间形成分割线。我们这一节不讨论svm-toy怎么使用,因为这个是“傻瓜”式的,没什么好讨论的。这一节我们主要探讨怎么结合训练结果文件,自己编程输出分界线。

       为什么说是分界线呢,其实严格说来是分解超平面,但是我们为了能直观用绘图工具绘(比如matlab)出图来只能输出具有二维(也就是特征数是2)的样本分界,因此也就成了线了。好了,闲话少说,进入正题。要绘分界线,就要用到训练结果,我们在第二节和第三节都讨论了,训练结果(或训练模型)文件怎么输出,但是,没怎么详细说明怎么使用训练结果,现在具体说明。下面是两个模型文件:

                  5.1              5.2

                          图5.1 两类模型文件                                 图5.2 三类模型文件

     从图5.1和5.2比较可以看出,两类只存在一个分类器,因此每个支持向量对应的系数α(也就是SV的第一排),也只有 1个(当然,截距rho也只有一个)。这种情况最简单,只要把相应的支持向量和α的值带入方程:

5.3                                (5.1)

     找到为0的解,就是分界点了。(式中,有些文献是+b,libSVM采用的是-b)

    对于三类或多类时,情况就比较复杂。我们原来讨论过,对于类数k>2的情况,分类器个数为k×(k-1)/2个,那么对应的b值(也就是rho)应该也是k×(k-1)/2个。那么每个支持向量对应的系数α是多少呢?是k-1个,因为每个支持向量(sv)与其他每个类都有一个系数相对应。当然,和有的类对应时可能不是标准支持向量(0<alpha[i]<C),但是至少和其中一个类对应是标准的。我们先看一下图5.2的SV的数据结构:

 

 

各nSV对应的αiyi

特征1

特征2

类0(label为-1)

前13个

0 – V –1

0 – V –2

1:0.297595

2:1.197805

0.4800095239454689

0.2016577869168293

类1(label为0)

中间9个

1 – V –0

1 – V –2

1:3.621706

2:1.263636

-0.6580578158072528

0.7036762846823739

类2(label为1)

后8个

2 – V –0

2 – V –1

1:8.296066

2:7.225341

-0.7056286598529473

-0.6494097661702236

    从表中,可以看出,每个支持向量(SV)都有相应的k-1(这里的k为3)个α,后面就是向量的数据。因此,输出分界线时,只要认清系数的位置就可以了。如要输出类0和类2之间的分界线,就要带入类0的第二列和类2的第1列中的α。

   这里需要重点说明的是:文件输出的不是单纯的α,实际上是αiyi(这里的yi是在训练时的+1或-1,而不是原始样本的label),因此在带入5.1式时,不需要判断yi的值了。

      了解了数据结构以后,就是求解方程。5.1式是个多元方程(这和x的维数有关,这里讨论的是2维的,因此是二元方程),而只有一个等式,因此要对其中一个参数做定常处理。先求出其中一个参数的范围,不妨设为x[0](在绘图时相当于x坐标轴)x_max和x_min,然后分成100等分,对每一个节点处

      x[0]= i×(x_max- x_min)/100+ x_min

      这样,x[0]就相当于固定了,然后代入5.1式求x[1](也就是y)。这就转化成了一元方程,可以采用传统的数学解法,这里,我采用的是网络遍历法。也就是对x[1]也分成100分进行遍历,把节点处的x[1]:

       x[1]= j×(y_max- y_min)/100+ y_min

     代入5.1式,看是否接近于0,如果接近0,说明此点是边界点,然后输出坐标就可以了。

                                                 for(i = 0; i < 100; i ++)

                                                        for(j = 0; j < 100; j ++)

                                                        {

                                                               X[0] = x[0]i;

                                                               X[1] = x[1]j;

                                                             if(5.4)

                                                              cout << X[0] << “ “ <<  X[1] <<endl;

                                                        }

    分界点坐标输出以后,就可以用matlab把分界线绘制出来了。

 

easy.py和grid.py的使用

 

我们在“LibSVM学习(一)”中,讲到libSVM有一个tools文件夹,里面包含有四个python文件,是用来对参数优选的。其中,常用到的是easy.py和grid.py两个文件。其实,网上也有相应的说明,但很不系统,下面结合本人的经验,对使用方法做个说明。

       这两个文件都要用python(可以在http://www.python.org上下载到,需要安装)和绘图工具gnuplot(可以在ftp://ftp.gnuplot.info/pub/gnuplot/上下载,不需要安装)。假设python安装在d:/libsvm/tools/python26下,而gnuplot解压到d:/libsvm/tools/gnuplotlibsvm放在了d:/libsvm/program中(这时easy.py和grid.py文件的目录为d:/libsvm/program/tools)。另外,需要注意的是版本,我的是python 2.6、gnuplot 4.2 libsvm 2.89,操作系统是WINXP

1. grid.py使用方法

        文件grid.py是对C-SVC的参数c和γ做优选的,原理也是网格遍历,假设我们要对目录d:/libsvm/program/tools下的样本文件heart_scale做优选,其具体用法为:

      

       第一步:打开d:/libsvm/program下的tools文件夹,找到grid.py文件。用python打开(不能双击,而要右键选择“Edit with IDLE”),修改svmtrain_exe和gnuplot_exe的路径。

                              svmtrain_exe = r“D:/libSVM/program/svm-train.exe”

                              gnuplot_exe = r”D:/libSVM/gnuplot/pgnuplot.exe”

       (这里面有一个是对非win32的,可以不用改,只改# example for windows下的就可以了)

      第二步:运行cmd,进入dos环境,定位到d:/libsvm/program/tools文件夹,这里是放置grid.py的地方。怎么定位可以参看第一节。

      第三步:输入以下命令:

                                          d:/libsvm/python26/python grid.py heart_scale

       你就会看到dos窗口中飞速乱串的[local]数据,以及一个gnuplot的动态绘图窗口。大约过10秒钟,就会停止。Dos窗口中的[local]数据时局部最优值,这个不用管,直接看最后一行:

                                          2048.0 0.0001220703125 84.0741

       其意义表示:C = 2048.0;γ=0.0001220703125(γ是哪个参数?参看LibSVM学习(三)中svmtrain的参数说明);交叉验证精度CV Rate = 84.0741%,这就是最优结果。

      第四步:打开目录d:/libsvm/program/tools,我们可以看到新生成了两个文件:heart_scale.out和heart_scale.png,第一个文件就是搜索过程中的[local]和最优数据,第二文件就是gnuplot图像。

       现在,grid.py已经运行完了,你可以把最优参数输入到svmtrain中进行训练了。当然了,你在当中某一步很可能出现问题,不过不要紧,我也不是一下子成功的,摸索了半天才成功。下面就需要注意的问题说明一下:

        1)grid.py和svm-train的版本要统一,也就是说你不能用2.6的grid.py去调用2.89的svm-train。

        2)你的目录中如果有空格,比如d:/program files/ libsvm/…,那么无论是在第一步还是第二步,请把目录改成d:/progra~1/ libsvm/…

        3) 第三步的命令问题。首先要看你定位到哪个目录,那么其下的文件就不需要带路径,否则就要带。像我们上面的命令,我当前的目录是d:/libsvm/program/tools,那么其下的easy.py和heart_scale文件就不需要加路径,而python.exe是在d:/libsvm/python26/下,因此不在当前目录下,所以要加路径。比如,当我首先用dos定位到d:/libsvm/python26时,其命令就可以改成:

                     python  d:/libsvm/program/tools/grid.py  d:/libsvm/program/tools/heart_scale

       总起来说,命令为python 目标文件 样本文件,其原则是要让系统找得到文件。假如系统提示你“不是内部或外部命令”,说明你python的路径错误,而如果是‘not found file’的提示,很可能是其他两个文件路径错误。

        4)假如,你仍旧出现问题,那么请换一下python或者gnuplot的版本,目前python最新版本是3.1,但是好像会出问题,老一点的版本2.42.5的兼容性会更好。

2. easy.py使用方法

    文件easy.py对样本文件做了“一条龙服务”,从参数优选,到文件预测。因此,其对grid.py、svm-train、svm-scale和svm-predict都进行了调用(当然还有必须的python和gnuplot)。因此,运行easy.py需要保证这些文件的路径都要正确。当然还需要样本文件和预测文件,这里样本文件还是用heart_scale,预测文件我们复制一份然后改名heart_test,下面说一下使用方法:

    第一步:打开easy.py,修改# example for windows下的几个路径: 

6.1

   第二步:运行cmd,进入dos环境,定位到放置easy.py的目录d:/libsvm/program/tools。

   第三步:输入命令:

                    d:/libsvm/python26/python easy.py heart_scale heat_test

           你就会看到一个gnuplot的动态绘图窗口。大约20s以后停止,dos窗口显示为:

                                   Scaling training data…

                                   Cross validation…

                                   Best c=2048.0, g=0.0001220703125 CV rate=84.0741

                                   Training…

                                   Output model: heart_scale.model

                                   Scaling testing data…

                                   Testing…

                                   Accuracy = 85.1852% (230/270) (classification)

                                   Output prediction: heart_test.predict

    这就是最终预测结果,可以看到第三行就是调用grid.py的结果。在d:/libsvm/program/tools下你会看到又多了7个文件,都是以前我们碰到的过程文件,都可以用记事本打开。

3. 常见的问题解析:

    1)

            Scaling training data…
              Cross validation…
              Traceback (most recent call last):
              File “easy.py”, line 61, in ?
              c,g,rate = map(float,last_line.split())
              ValueError: need more than 0 values to unpack

       [解析] 说明你的grid.py运行出现错误,你可以参照第一部分“grid.py使用方法”运行一下就会发现问题。另外,有的说是相对路径的问题,建议找到easy.py的以下部分:

       cmd = “%s -svmtrain %s -gnuplot %s %s” % (grid_py, svmtrain_exe, gnuplot_exe, scaled_file)
改成
          cmd = “%s %s -svmtrain %s -gnuplot %s %s” % (python_path, grid_py, svmtrain_exe, gnuplot_exe, scaled_file)

     2)

            Traceback (most recent call last)
              File “grid.py”, line 349, in ?
              main()
              File “grid.py”, line 344, in main
              redraw(db)
              File “grid.py”, line 132, in redraw
              gnuplot.write(“set term windows/n”)
              IOError [Errno 22] Invalid argument
       [解析]说明你的gnuplot.exe在调用过程中出现问题,要么是你的路径不对,要么是你的版本不对,请检查。

    3)

            Traceback (most recent call last):
              File “C:/Python24/lib/threading.py”, line 442, in __bootstrap 
              self.run() 
              File “c:/libsvm/tools/gridregression.py”, line 212, in run 
              self.job_queue.put((cexp,gexp,pexp)) 
              File “C:/Python24/lib/Queue.py”, line 88, in put 
              self._put(item) 
              File “c:/libsvm/tools/gridregression.py”, line 268, in _put 
              self.queue.insert(0,item) 
              AttributeError: ‘collections.deque’ object has no attribute ‘insert

       [解析] 很显然,你调用的是gridregression.py,其是用来做回归用的。如果你调用easy.py也出现这种问题按照原作者的说法,这里是因为你的python调用出现错误,很可能是版本不对,如果是2.4的版本,请把easy.py中的

      self.queue.insert(0,item)
改成
      if sys.hexversion >= 0x020400A1:
              self.queue.appendleft(item)
       else
              self.queue.insert(0,item)

今天的文章LibSVM学习详细说明分享到此就结束了,感谢您的阅读,如果确实帮到您,您可以动动手指转发给其他人。

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