余弦定理
无    2021-01-29 09:57:55    2834    0    0
xianglijiaxing

 

余弦定理

对于任意三角形,任何一边的平方等于其他两边平方的和减去这两边与它们夹角的余弦的积的两倍。
 
若三边为a,b,c 三角为A(),B( ),C(),则如下图所示,在△ABC中,
三角形


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------

 

 


 

勾股定理是余弦定理的特例 (cos90° = 0)

 


 

余弦相似度

 

通过测量两个向量的夹角的余弦值来度量它们之间的相似性。0度角的余弦值是1,而其他任何角度的余弦值都不大于1;并且其最小值是-1。从而两个向量之间的角度的余弦值确定两个向量是否大致指向相同的方向。两个向量有相同的指向时,余弦相似度的值为1;两个向量夹角为90°时,余弦相似度的值为0;两个向量指向完全相反的方向时,余弦相似度的值为-1。这结果是与向量的长度无关的,仅仅与向量的指向方向相关。余弦相似度通常用于正空间,因此给出的值为-1到1之间。

 

两个向量间的余弦值可以通过使用欧几里得点积公式求出:
 
给定两个属性向量,AB,其余弦相似性θ由点积和向量长度给出,如下所示:
这里的分别代表向量A和B的各分量

 

给出的相似性范围从-1到1:-1意味着两个向量指向的方向正好截然相反,1表示它们的指向是完全相同的,0通常表示它们之间是独立的,而在这之间的值则表示中间的相似性或相异性。
对于文本匹配,属性向量AB通常是文档中的词频向量。余弦相似性,可以被看作是在比较过程中把文件长度正规化的方法。

 

信息检索的情况下,由于一个词的频率(TF-IDF权)不能为负数,所以这两个文档的余弦相似性范围从0到1。并且,两个词的频率向量之间的角度不能大于90°。

 


Ochiai系数

这个系数在生物学中也叫Ochiai系数,或Ochiai-Barkman系数

这里A和B是集合,n(A)是A的元素个数。如果集合由位元向量所代表,那么可看到Ochiai系数跟余弦相似性是等同的。

 


 

Reference:

正余弦函数及其反函数

https://www.geogebra.org/m/gnepp5hy

https://zhuanlan.zhihu.com/p/133501679 (√)

 

正弦函数图像: https://www.geogebra.org/m/eekjv9zc

余弦函数图像: https://beta.geogebra.org/m/utsyj6yj

 


 

归一化 (Normalization)、标准化 (Standardization)和中心化/零均值化 (Zero-centered)

 

       归一化:1)把数据变成(0,1)或者(1,1)之间的小数。主要是为了数据处理方便提出来的,把数据映射到0~1范围之内处理,更加便捷快速。2)把有量纲表达式变成无量纲表达式,便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权。归一化是一种简化计算的方式,即将有量纲的表达式,经过变换,化为无量纲的表达式,成为纯量。
  标准化:在机器学习中,我们可能要处理不同种类的资料,例如,音讯和图片上的像素值,这些资料可能是高维度的,资料标准化后会使每个特征中的数值平均变为0(将每个特征的值都减掉原始资料中该特征的平均)、标准差变为1,这个方法被广泛的使用在许多机器学习算法中(例如:支持向量机、逻辑回归和类神经网络)。
  中心化:平均值为0,对标准差无要求
  归一化和标准化的区别:归一化是将样本的特征值转换到同一量纲下把数据映射到[0,1]或者[-1, 1]区间内,仅由变量的极值决定,因区间放缩法是归一化的一种。标准化是依照特征矩阵的列处理数据,其通过求z-score的方法,转换为标准正态分布,和整体样本分布相关,每个样本点都能对标准化产生影响。它们的相同点在于都能取消由于量纲不同引起的误差;都是一种线性变换,都是对向量X按照比例压缩再进行平移。
  标准化和中心化的区别:标准化是原始分数减去平均数然后除以标准差,中心化是原始分数减去平均数。 所以一般流程为先中心化再标准化。
  无量纲:我的理解就是通过某种方法能去掉实际过程中的单位,从而简化计算。

 

2 为什么要归一化/标准化?
  如前文所说,归一化/标准化实质是一种线性变换,线性变换有很多良好的性质,这些性质决定了对数据改变后不会造成“失效”,反而能提高数据的表现,这些性质是归一化/标准化的前提。比如有一个很重要的性质:线性变换不会改变原始数据的数值排序。
(1)某些模型求解需要
  1)在使用梯度下降的方法求解最优化问题时, 归一化/标准化后可以加快梯度下降的求解速度,即提升模型的收敛速度。如左图所示,未归一化/标准化时形成的等高线偏椭圆,迭代时很有可能走“之”字型路线(垂直长轴),从而导致迭代很多次才能收敛。而如右图对两个特征进行了归一化,对应的等高线就会变圆,在梯度下降进行求解时能较快的收敛。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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