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Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

Gaussian discriminant analysis高斯判别分析的做法和贝叶斯思想有一定的联系,首先回顾

下贝叶斯公式:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

对于高斯判别分析,对于每一个y,要计算出P(y/x),找到概率最大的那个y作为x的类别,其中P(X)可以写成:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

那么只需要知道p(x/yi),i=1,2,..K就能求出所有的P(y/x)。

这里高斯判别分析假设在同一类别的样本属于高斯分布,在分两类的情况下,有:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

其中u0,u1,还有相应的方差通过最大似然估计法能过得到:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

这里简单起见,假设两个分布的方差是相同的,这里p(yk)的值直接用出现次数除以总数求得即可。

另外想说的就是基于EM思想的 Gaussian Mixture Model,他与高斯判别模型非常的相似,都是在假设同一类别内的样本满足高斯分布,但是有一个很大的区别,高斯判别分析告诉你了每个样本的类别,但是GMM没有,这也是EM算法发挥作用地方了。

GMM模型中,我们需要每个样本属于一个潜在的类别z,根据EM思想,我们的最大似然函数如下:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

对三个参数求导后得到:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

由EM算法的推导可以得到,潜在变量必须满足一个关于x的后验分布,才能取到似然函数的下界,所以有如下的EM步骤:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

根据EM算法中E步的做法,需要浅变量z的分布,因此这里引入一个w(i)j表示样本i属于j类的概率,这样在求其他三个参数时,可以直接用w的式子求,而省去1{}这个符号。

w(i)j的计算可以用贝叶斯公式,如下:

Gaussian discriminant analysis and Gaussian Mixture Model

说到之类GMM大概的步骤算是说清楚了,最后再说一点,GMM虽然能够聚类,但是也要提前给定K值(聚成几类),然后GMM经常和kmeans共同使用,使用Kmeans聚类后的结果作为GMM执行EM算法初始化参数,能使GMM快速收敛。

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