Published: Aug 20, 2021 by Dev-hwon

이 내용은 고려대학교 강필성 교수님의 Business Analytics 수업을 보고 정리한 것입니다.

아래 이미지 클릭 시 강의 영상 Youtube URL로 넘어갑니다.

Kernel Fisher Discriminant Analysis(KFDA)

LDA의 Kernel화된 확장판이라고 보면 됨

1. Linear Discriminant Analysis

data의 class가 잘 구분이 되게 사영시키기 위한 기저 찾기

✓ Two type of class distance

• Between-class distance : 두 class의 centroid간의 거리 (커야하고)
• Within-class distance : 각각의 객체로 부터 해당 class의 centroid까지의 누적 또는 평균 거리 (작아야 한다.)

✓ Fisher’s LDA

• D차원 입력 벡터 x를 가져와 하나의 차원으로 투영

\[y=\textbf{w}^T\textbf{x}\]

• \(\textbf{m}_1\)은 한 class의 centroid, \(\textbf{m}_2\)를 다른 class의 centroid라고 하면,

\[\textbf{m}_1=\frac{1}{N_1}\sum_{n\in C_1}\textbf{x}_n,\;\;\textbf{m}_2=\frac{1}{N_2}\sum_{n\in C_2}\textbf{x}_n\]

• Objective 1: between class variance가 최대한 커지는 \(\textbf{w}\)

\[m_2-m_1=\textbf{w}^T(\textbf{m}_2-\textbf{m}_1), \;\; m_k=\textbf{w}^T\textbf{m}_k\]

• Objective 2: Within-class variance를 최소화하는 \(\textbf{w}\)

\[s_k^2=\sum_{n\in C_k}(y_n-m_k)^2\]

• Fishers’ criterion

\(J(\mathbf{w})\)를 maximize하는 것이 목표!

• Find \(\mathbf{w}\)

\[J(\textbf{w})=\frac{\textbf{w}^T\textbf{S}_B\textbf{w}}{\textbf{w}^T\textbf{S}_W\textbf{w}}\]

를 미분한 값이 0이 되어야 한다.

\[\frac{\partial J(\textbf{w})}{\partial \textbf{w}}=0\]

분모만 가지고 오면

• \(\textbf{S}_B\)는 항상 \((\textbf{m}_2-\textbf{m}_1)\)의 방향
• \(\frac{\textbf{w}^T\textbf{S}_B\textbf{w}}{\textbf{w}^T\textbf{S}_W\textbf{w}}\)를 scalar
• 따라서 Fisher’s linear discriminant

2. Kernel Fisher Discriminant (KFD)로 확장

• 데이터를 고차원 벡터로 mapping 후에 covariance matrix 계산 (\(\textbf{m}^\Phi\)는 sentroid)

• within-class variance, between-class variance

✓ Objective functions

✓ Projected vector

Feature space 내의 객체들의 선형 결합으로 표현 될 수 있다.

✓ Projected mean

✓ Objected function (Numerator)

✓ Objected function (Denominator)

\(\alpha\)와 커널 함수 매트릭스로 나온다는 것이 핵심, 결국 feature space내에서 실질적인 계산을 하지 않고 입력 공간네에서 커널 함수만 정의가 되면 분모도 계산할 수 있다.

✓ Objective function (\(\alpha\))

✓ 1차 도함수가 0이 되게

✓ 새 데이터 포인트의 투영 값