libsvm学习笔记

小疯纸一枚

菜青虫学libsvm ，果然是艰难困苦哦……一开始都不知道基本概念……记了些入门笔记，怕自己忘了


软件： libsvm , python ,gnuplot

gnuplot (解压，不需安装)
Libsvm（解压，不需安装）
Python(从75  /share/软件  下载，安装)  

文档目录：
一、基本概念
二、libsvm 操作简介
三、步骤总结

一  基本概念：
    训练集，测试集，SVM，svmtrain，svmpredict，svmscale，数据格式，
     参数，交叉验证 cross validation

    训练集、测试集：训练集用于建立模型，测试集评估模型的预测等能力。
                        （好吧，通俗易懂不知道准不准确）
    SVM：（support vector machine）现在最常拿来做分类，也就是说有一堆已经分好类的东西（分类依据是未知的），
                当收新的东西，SVM可以预测新的数据分到哪一类。
     数据格式：[label]   [Index1]:[value1]  [index2]:[value2]  [index3]:[value3]
                      [label]:类别（通常是整数）[index n]: 有顺序的索引 [value n]: 用来train的数据
                    为什么用这种格式？
                   Support vector machine ，vector（向量）也就是一排的x1,x2,x3…。x[n]中的n即为index n , 值为value n。
                   这种格式的最大好处就是可以使用spare matrix（稀疏矩阵），即有些data 的属性值可以不存在。

      Svmtrain：train 会接受特定格式的输入，产生一个model 文件，这个model可以想象成是svm 的内部文件，
                  因为predict要   model 才能预测，而不能直接使用原始文件。
      Svmtrain语法：svmtrain  [option]  train_file  [model_file]

      Svmpredict：依照已经train好的model ，输入新的数据，并输出预测新数据的类别。
      Svmpredict语法：svmpredict     test_file       mode_file    output_file
                                                       要预测的数据     规则文件    输出结果
                                predict 完后，会顺便拿predict出来的值跟test_file 里面写的值去做比对，
                               这就是说，假设当test_file 中的  label 是真正的分类结果，
                               拿出来跟predict的结果比对，就可以知道predict 有没有猜 对，即显示预测的准确率。

      Svmscale: 因为原始数据特征可能范围过大或过小，svmscale可以先将数据重新scale（缩放）到适当范围。
                      适当的scale 有助    于参数的选择，还有解svm 的速度。
                      Svmscale 会对每个attribute 做scale ，通常是范围[0,1] 或[-1,1]，并且测试数据和训练数据要一起scale。
      交叉验证（cross validation）
                      1、把数据集分开轮流做训练集和测试集；
                      2、用某组参数去train并predict别组看正确率；
                      3、正确率不够的话，换参数再重复train/predict；
                      4、找到一组不错的参数后，拿这组参数建model 并用来对最后知数据的predict；
                     n 重交叉验证法(n-fold cross validation)：可用svmtrain内置的cross validation功能 -v n
                     n是拆分的组数：比如n=3，首先拿1,2来train 并predict 3；
                                                                 其次拿2,3来train 并predict 1；
                                                                 最后拿1,3来train 并predict 2；
       参数：比较重要的参数是gamma（-g）和cost (-c) ，
                  cost 的预设值是1，gamma预设值是1/k , k 是输入数据的数据的记录数（？?）
       参数的获取：自己try 出来？？！！！这样啊！！
                  Try 参数过程常用指数变化的方式来增加与减少参数的数值，因为有两组参数所以等于要try n*n=n^2次，
                  这个过程是离散的，可以想象成假设在x,y平面上指定的范围内有一群格点（grid），
                 每个格点的x,y经过换算（2^x , 2^y）就拿去当cost 和gamma的值来cross validation 。
               （libsvm的python 目录下有个grid.py 既是自动执行上述过程）。
二、libsvm 操作简介   
        过程：写程序输出正确格式的数据 -> 归一化（可选）-> 训练 -> 预测 -> 获得结果

         这里的软件都安装解压在E盘（习惯了）
         1、获得数据（没有现成数据可以先这样玩玩）
         点击E:\libsvm\libsvm-2.86\windows\svm-toy.exe
        （也可以在cmd 中进入E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-toy.exe 运行过程如图5）跳出如下图1，
          点击左下方的change 改变点的颜色，然后随便乱点啦，图2 .点击run 获得 图3（根据点的颜色不同分类）
         
         
         
          点击sava 把数据导出 存为test ，获得如下图所示数据
         
          Cmd 中运行 svm-toy.exe （从C盘到E盘直接 > E: 就ok了,开始我还真不懂，心虚ing）
         
          2、归一化(跳过)
          3、训练：E:\libsvm\libsvm-2.86\windows\svm-train.exe  test ，目录下生成.moedel 文件
         
          4、预测：E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-predict.exe test test.model test.out , 目录下生成，
                test.out 文件就 是预测结果
           
         打开，就是分类后的结果
         
          4、用grid 优化 libsvm
                <1>、把 E:\libsvm\libsvm-2.86\tools 目录下的 grid.py 复制到E:\libsvm\libsvm-2.86\windows
                <2>、编辑gird.py  在else 的地方
            
                <3>、进入pythoon 的安装目录
                          cd  E:\python
            
            前面两个分别是c 跟g ， 再用这组参数train 一下看看效果：
            回到libsvm 的 windows 目录
            
            之后再 predict 一下
            
            在grid 之前是52.9412% 很明显有很大的提升哦！！！！！！！
            
            从图上的效果看……也比之前的精确了一些些……
            补充： scale 用法
            Svmscale 用来调整特征的大小范围，如果的特征变化范围不大，尽量不要归一化。
            训练数据和测试数据要一起归一化，
            同时归一化test data 和 train data 的方法（目前还没用到，没试过，心虚ing）
            E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-scale.exe  –s  scale  train_data  >  train_data .scale
            E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-scale.exe  –r  scale  test_data  >  test_data.scale
三 步骤总结
         获得特定格式的数据
         xfz_test 为测试集，xfz_train 为训练集
         E:\libsvm\libsvm-2.86\windows\svm-scale.exe –s scale xfz_test>xfz_test.scale
         E:\libsvm\libsvm-2.86\windows\svm-scale.exe –r scale xfz_train>xfz_train.scale
         E:\python>phthon E:\……\windows\grid.py E:\……\windows\xfz_test.scale
         获得  c g
         E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-train –c XXX –g  XXX  xfz_test.scale
         E:\libsvm\libsvm-2.86\windows>svm-predict  xfz_train.scale xfz_test.scale.model  xfz_test.scale.out
         Accuracy=XXXXX.XXXXXXXXXXX%

         上述过程也可以直接用一行指令
          E:\python>python  (路径名)\easy.py  (路径名)\xfz_test  (路径名)\xfz_train
         前提是：把libsvm 中tool 目录下的easy.py 复制到指定目录，打开并修改参数：
         
         
                                                                                                                 --------by MYZ   xiaofengzi

参考文献：http://datamining.xmu.edu.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=115&extra=page%3D1
                  
                        
软件：
         

libsvm学习笔记：
         

cwc

楼主貌似把训练集跟测试集搞反了。。。
现在只能得到训练集的最佳参数，不知能不能得到以测试集为基准的的最佳参数

chenwq

"当收新的东西，SVM可以预测新的数据分到哪一类"
误会了~ 我以为libsvm什么时候支持incremental/online learning了。

下面两篇文章里有实现:
Gert Cauwenbergh's 2000 NIPS paper (with code) http://www.isn.ucsd.edu/svm/incremental/
SVM Heavy http://people.eng.unimelb.edu.au/shiltona/svm/

两种方法分别是:KNN和Storing counts ，额，现在看貌似都是这么做的。已经成为一个显然的trick了。（待考证）

guojiasheng

附件是自己用python写的采用粒子群算法寻找libSVM参数的代码，大家参考参考~~~~~~~
解压附件后包括几个.py文件。


这个可能之前没有注意到，就是这边我们还是采用libsvm的库，所以使用之前还是需要安装相应的libsvm包，然后才可以在python中调用libsvm。
不同的python版本还不太一样，有32位，64位的，主要看你安装的libsvm是多少位的，否则会出现libsvm.dll not find问题。其实路径是对的，但是可能libsvm.dll 是32位，你运行的python又是64位，会造成版本不一致。 我这边把自己本地使用的libsvm一起打包上传了。我的python环境是32位，libsvm
也是32位的。libsvm.dll的路径可以到svm.py里面配置，而且是支持window和linux（c）的



1.arff2svm.py是将.arff文件转换为libsvm支持的格式。
   使用方法：
   进入相应的目录，敲如下命令
   python arff2svm.py -i inputfile -o outpufile
   
   inputfile:需要转换的.arff文件
   outputfile：转换后的，libsvm可支持的文件

2.pso.py 需找svm的最优参数：
   使用方法：
   进入相应的目录，敲如下命令
   python pso.py -i inputfile -n psoNum -t iterationNum

  inputfile:训练文件
  posNum：粒子群个数
  iterationNum：迭代次数

测试数据bupa.arff
实用libsvm自带的grid.py的寻找结果为：


以下是实用pso.py的svm参数寻找结果（python pso.py -i D://bupa.txt -n 10 -t 10）：

使用方法：
Libsvm使用方法：
        1.简单使用 可以参照libsvm-3.21里面的官方README
         主要包括：
          （1）svm-scale：This is a tool for scaling input data file,这步还是很关键的，就简单认为是数据pre处理吧（scale的一个范围里面）.
          （2）svm-train： 可以选择不同的参数比如 g c k这样的（选择不同的核函数很关键）
          （3）svm-predict： 这个就是预测了
        这边在linux下面，所以就使用c的版本。
     
    2.参数优化是关键：
       （1）libsvm自带的的一个grid search 的python方法。其实就是一个网格搜索g c，稍微比穷举好一些而已，具体的步长大家可以自己去看。
                        这个在路径tools下面。
                        easy.py , grid.py
                        直接运行easy.py即可，它会调用grid.py去需找g c。
                        python easy.py ../heart_scale 即可
                        事实上这边应该还包括gunplot，一个画等高线的包，这边我注释掉了。一定要用也可以，我安装在libsvm-3.21/otherSoft/gnuplot下面。
          （2） pso粒子群优化，图个快呗，具体效果也还行：
                        libsvm-3.21/python
                        命令： python pso.py -i out.file -t 10 -n 10
                    -i 表示训练的文件
                        -t 表示迭代的次数
                        -n 表示粒子的个数
                        （t 和 n 当然是越大效果越好，时间就是代价了）


      LibSVM 关于参数优化问题:
          （1）如果data的数据太多，太耗时，那么我们可以选择部分数据。
               tool/subset.py：可以直接或者随机把数据分成两部分
                   eg：
                     python subset.py heart_scale 100 file1 file2
                         随机100条数据到file1剩下的到file2
          （2）easy.py 参数优化：
                        这边实际上是用了RBF核函数，采用交叉验证（CV）的方法通过评价指标accuracy来获取
                        最优参数的。
                       

            当数据不平衡的时候，Libsvm的评价指标问题：
            默认情况，在模型训练以及参数优化的过程 libsvm默认都采用交叉验证的方法，以ACC为评价指标。平衡数据集是ok的，但是有时候
     我们会遇到unbalance data。这时候Acc就不是一个很好的指标，对于不平衡数据集，我们可以采用F1评价指标（准确率和召回率的调和均值）。
    但是libsvm里面并没有支持这个指标计算。为了大家方便，我加了个F1评价指标的。

         
               
            （1）svm_train的时候
            
                      ./svm-train -v 5 heart_scale
                      会输出以下额外信息，包括precison、recall、F1、Acc：
                        
                       Cross Validation precision = 83.0357%
                       Cross Validation recall = 77.5%
                       Cross Validation F1 = 80.1724%
                       Cross Validation Accuracy = 82.963%

                   在svm_train.c 的void do_cross_validation()方法里面加入以下代码：
                                       

1.   //F1 准确率和召回率的调和均值 :这里只能支持二分类，并且正类为的lable应该转为1 负类为-1
   
2.         int tp = 0 ,fp = 0, fn = 0 , tn = 0;
   
3.         for(i=0;i<prob.l;i++){
   
4.                 if(prob.y[i] == 1 && target[i] == 1) tp++;    //正类判定为正类
   
5.                 if(prob.y[i] == 1 && target[i] < 1) fn++;    //正类判定为负类
   
6.                 if(prob.y[i] < 1 && target[i] == 1) fp++;          //负类判定为正类
   
7.                 if(prob.y[i] < 1 && target[i] < 1) tn++;          //负类判定为负类
   
8.         }
   
9.    //precision  tp/(tp+fp)
   
10.         double precision = 1.0*tp/(tp+fp);
    
11.    //recall  tp/(tp+fn)
    
12.         double recall = 1.0*tp/(tp+fn);
    
13.    //F1
    
14.         double F1 = (2.0*tp)/(2.0*tp+fp+fn);
    
15. 
    
16.         printf("Cross Validation precision = %g%%\n",100.0*precision);
    
17.         printf("Cross Validation recall = %g%%\n",100.0*recall);
    
18.     printf("Cross Validation F1 = %g%%\n",100.0*F1);

复制代码

             （2）采用grib.py参数优化的时候：
                         这个自带的python脚本同样没有支持F1。可是这个如果把F1整合到原来的代码，要改动的地方太多，所以我这边单独新解了对应的py文件。
                  1）tool/grid_F1.py   2)tool/easy_F1.py
                 
                   运行命令：（可对比下方的F1指标图）
                   python easy_F1.py ../heart_scale
                       

zouquan

哈哈，牛逼！提几个建议：

1. arff和libsvm的格式转换，weka就有这个功能，只是有时候title和类标签转换的不太好。

2. 如果支持多核并行做就更完美了：）

3. 是不是把你的pso.py和grid.py放在一起，能和grid.py的用法一样？能自动调出来画等高线图的那个软件么？

guojiasheng

1.格式的转换还是比较好弄些~
2.pso倒是可以并行处理，我有空再捣腾捣腾，看看python的多线程。
3.我试试看可不可以调出那个画等高线的图出来~~

zouquan

注意：如果用svm-toy的load功能，务必保证所有特征都是(0,1)区间，如果不是，先用svm-scale来归一化。