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패턴인식 개론 Ch.7 이차 분류기 -1- 학습목표 • 이 장에서는 이차 분류기를 소개한다. • 이차 분류기는 판별함수가 가우시안 분포를 이룰 때, 판별식이 행렬의 이차 형 식으로 표현되기 때문에 붙여진 용어이다. • 이 장에서는 공분산 행렬의 각각의 종류에 따른 여러 가지 판별함수의 형태를 소개한다. -2- 이차 분류기 가우시안 분포의 공분산행렬의 종류에 따라 여러 형태가 존재 2 0 0 Case 1: i 2 I 0 2 0 2 0 0 여기에서 i 는 서로 다른 클래스를 말함. 1) 클래스들의 분산이 모두 같으며 2) 공분산행렬이 대각이며 3) 모든 방향으로의 분산이 같은 경우. 12 0 0 2 Case 2 : i 0 2 0 2 0 0 3 1) 클래스들의 분산이 모두 같으며 2) 공분산행렬이 대각이며 3) 모든 방향으로의 분산이 같지는 않은 경우 12 c12 c13 2 Case 3 : i c12 2 c23 2 c c 13 23 3 1) 클래스들의 분산이 모두 같지만 2) 공분산행렬이 비대각인 경우 i 2 0 0 1) 클래스들의 분산이 모두 다르지만 2 2 Case 4 : i i I 0 i 0 2) 공분산행렬이 대각인 경우 2 0 0 i Case 5 : i j (일반형) 1) 클래스들의 분산이 모두 다르며, 2) 공분산행렬이 비대각인 경우 -3- 이차 분류기 -4- 이차 분류기 Case 1: 2 0 0 Case 1: i 2 I 0 2 0 2 0 0 특징들이 서로 독립적이면서 각 클래스들의 분산이 모두 같은 경우이다. 모든 클래스, i,에 대하여 상수인 특징벡터의 내적 를 제거하면 사전확률( P(ωi) )이 같다고 하면 판별함수는 X 와 평균들 간의 유클리디안 거리함수 -5- 이차 분류기 Case 1: Example 다음과 같은 평균과 공분산을 갖는 3클래스 2차원문제의 결정경계를 구하여보자 -6- 이차 분류기 Case 2: 12 0 0 2 Case 2 : i 0 2 0 2 0 0 3 모든 클래스에 대하여 상수인 x[k ] 클래스들의 분산이 모두 같지만 각 특징들의 분산은 서로 다른 경우이다. 2 N 1 2 과 log k 2 k 1 1 N 2 x[k ]i [k ] i [k ]2 g i ( x) log( P(i )) 2 2 k 1 k -7- 를 제거하면 이차 분류기 Case 2: 다음과 같은 평균과 공분산을 갖는 3클래스 2차원문제의 결정경계를 구하여보자 -8- 이차 분류기 Case 3: 12 c12 c13 2 Case 3 : i c12 2 c23 2 c c 23 3 13 모든 클래스에 대하여 상수인 클래스들의 분산이 모두 같지만 분산이 비대각인 경우이다. 를 제거하면 판별함수는 X 와 평균들 간 의 마할라노비스 거리함수 -9- 이차 분류기 Case 3: 다음과 같은 평균과 공분산을 갖는 3클래스 2차원문제의 결정경계를 구하여보자 - 10 - 이차 분류기 Case 4: i 2 0 0 2 2 Case 4 : i i I 0 i 0 2 0 0 i 각 클래스들의 분산은 서로 다르면서 대각인 경우이다. - 11 - 이차 분류기 Case 4: 다음과 같은 평균과 공분산을 갖는 3클래스 2차원문제의 결정경계를 구하여보자 - 12 - 이차 분류기 Case 5: Case 5 : i j (일반형) - 13 - 이차 분류기 Case 5: 다음과 같은 평균과 공분산을 갖는 3클래스 2차원문제의 결정경계를 구하여보자 - 14 - 이차 분류기 • 베이즈 분류기는 이차분류기이다 첫째, 클래스들이 [1] 모두 가우시안 분포에 따르고 [2] 동일한 일반적 공분산 값을 가지며 12 c12 c13 [3] 사전 확률이 같을 경우 2 Case 3 : i c12 2 c23 2 c c 13 23 3 “최소-마할라노비스 (mahalanobis) 거리 분류기” 둘째, 클래스들이 [1] 모두 가우시안 분포에 따르고 [2] 동일한 항등 행렬에 비례하는 공분산 값을 가지며 [3] 사전 확률이 같을 경우 2 0 0 Case 1: i 2 I 0 2 0 2 0 0 “ 최소-유클리디안 (euclidian) 거리 분류기” - 15 - 이차 분류기 Example 3차원 특징 벡터 집합으로부터 정의 되는 다음과 같은 가우시안 파라미터로 이루어진 클래스 ω1, ω2 에 대한 선형판별함수를 유도하고 특징벡터 x=[0.1 0.7 0.8]T 가 어느 클래스에 속하는 지 결정하시오. 0 1 / 4 0 1 0 0 0T ; 2 1 1 1T ; 1 2 0 1 / 4 0 ; p(2 ) 2 p(1 ) 0 0 1 / 4 T x 1 1 1 1 g i(x ) (x i )T i1(x i ) lnP (i ) x 2 2 2 2 x 3 3 T x1 0 1 g 1(x ) x 2 0 2 x 3 0 4 0 0 x 1 0 1 0 4 0 x 0 ln 2 3 0 0 4 x 3 0 1 g1 ( x ) 2 4 0 0 x 1 1 0 4 0 x 2 2 lnP (i ) 0 0 4 x 3 3 T x 1 1 1 g 2 (x ) x 2 1 2 x 3 1 1 4 0 0 x 1 1 2 0 4 0 x 1 ln 2 3 0 0 4 x 3 1 1 2 2(x 12 x 22 x 32 ) ln 2((x 1 1)2 (x 2 1)2 (x 3 1)2 ) ln 3 3 g 2 ( x) 1 1 2 0.1 0.7 0.8 1.6 6 ln2 x1 x 2 x 3 1 .32 4 2 2 - 16 - 1.32 x u 2