¿Cómo demostrar que la función de base radial es un núcleo?


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Cómo demostrar que la función de base radial k(x,y)=exp(||xy||2)2σ2)es un núcleo? Por lo que yo entiendo, para probar esto tenemos que probar cualquiera de los siguientes:

  1. Para cualquier conjunto de vectores x1,x2,...,xn de la matriz K(x1,x2,...,xn) = (k(xi,xj))n×n es semidefinida positiva.

  2. Un mapeo Φ puede ser presentado como k(x,y) = Φ(x),Φ(y) .

¿Alguna ayuda?


1
Solo para vincularlo más obviamente: el mapa de características también se discute en esta pregunta , particularmente la respuesta de Marc Claesen basada en la serie de Taylor y la mía que discute tanto la RKHS como la versión general de la inclusión L2 dada por Douglas a continuación.
Dougal

Respuestas:


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Zen utilizó el método 1. Aquí está el método 2: Mapee x a una distribución gaussiana esféricamente simétrica centrada en x en el espacio de Hilbert L2 . La desviación estándar y un factor constante tienen que ajustarse para que esto funcione exactamente. Por ejemplo, en una dimensión,

exp[(xz)2/(2σ2)]2πσexp[(yz)2/(2σ2)2πσdz=exp[(xy)2/(4σ2)]2πσ.

Entonces, use una desviación estándar de y la escala de la distribución de Gauss para obtenerk(x,y)=Φ(x),Φ(y). Este último cambio de escala se produce porque lanormaL2de una distribución normal no es1en general.σ/2k(x,y)=Φ(x),Φ(y)L21


2
@ Zen, Douglas Zare: gracias por sus excelentes respuestas. ¿Cómo se supone que debo seleccionar la respuesta oficial ahora?
Leo

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Usaré el método 1. Verifique la respuesta de Douglas Zare para una prueba usando el método 2.

Voy a probar el caso cuando son números reales, por lo que k ( x , y ) = exp ( - ( x - y ) 2 / 2 σ 2 ) . El caso general sigue mutatis mutandis del mismo argumento, y vale la pena hacerlo.x,yk(x,y)=exp((xy)2/2σ2)

σ2=1

k(x,y)=h(xy)

h(t)=exp(t22)=E[eitZ]
ZN(0,1)

x1,,xna1,,an

j,k=1najakh(xjxk)=j,k=1najakE[ei(xjxk)Z]=E[j,k=1najeixjZakeixkZ]=E[|j=1najeixjZ|2]0,
k

Para comprender este resultado con mayor generalidad, consulte el Teorema de Bochner: http://en.wikipedia.org/wiki/Positive-definite_function


2
h(t)xy

1
Tks! Tengo prisa aquí. :-)
Zen

1
h

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Xφ

  • κγκγ>0

    φκγφγκ

  • κ1κ2κ1+κ2

    φ1φ2x[φ1(x)φ2(x)]

  • κ1,κ2,κ(x,y):=limnκn(x,y)x,yκ

    Prueba: Para cada y cada tenemos que . Tomar el límite como da la misma propiedad para .m,n1{(xi,ci)}i=1mX×Ri=1mciκn(xi,xj)cj0nκ

  • Productos: Si y son núcleos pd, también lo es .κ1κ2g(x,y)=κ1(x,y)κ2(x,y)

    Prueba: se deduce inmediatamente del teorema del producto Schur , pero Schölkopf y Smola (2002) dan la siguiente prueba agradable y elemental. Deje sea ​​independiente. Así, Las matrices de covarianza deben ser psd, por lo que considerar la matriz de covarianza de prueba.

    (V1,,Vm)N(0,[κ1(xi,xj)]ij)(W1,,Wm)N(0,[κ2(xi,xj)]ij)
    Cov(ViWi,VjWj)=Cov(Vi,Vj)Cov(Wi,Wj)=κ1(xi,xj)κ2(xi,xj).
    (V1W1,,VnWn)
  • Potencias: si es un núcleo pd, también lo es para cualquier entero positivo .κκn(x,y):=κ(x,y)nn

    Prueba: inmediata de la propiedad "productos".

  • Exponentes: Si es un núcleo pd, también lo es .κeκ(x,y):=exp(κ(x,y))

    Prueba: tenemos ; use las propiedades "poderes", "escalas", "sumas" y "límites".eκ(x,y)=limNn=0N1n!κ(x,y)n

  • Funciones: Si es un núcleo pd , es.κf:XRg(x,y):=f(x)κ(x,y)f(y)

    Prueba: utilice el mapa de funciones .xf(x)φ(x)

Ahora, tenga en cuenta que Comience con el núcleo lineal , aplique "scalings" con , aplique "exponentes" y aplique "funciones" con .

k(x,y)=exp(12σ2xy2)=exp(12σ2x2)exp(1σ2xTy)exp(12σ2y2).
κ(x,y)=xTy1σ2xexp(12σ2x2)
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