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在各种模型训练,特征选择相关的算法中,大量涉及到数据归一化的问题。比如最常见的情况是计算距离,如果不同维度之间的取值范围不一样,比如feature1的取值范围是[100,200],feature2的取值范围是[1,2],如果数据不做归一化处理,会造成feature1在距离计算中占压倒性的优势,feature2完全体现不出来作用。而数据做归一化处理以后,会让各个不同特征对距离计算的贡献大致相同,从而避免人为的数据倾斜。
常见的数据归一化方式如下:
1.线性归一化
如果要把输入数据转换到[0,1]的范围,可以用如下公式进行计算:
X n o r m = X − X m i n X m a x − X m i n X_{norm} = \frac{X – X_{min}}{X_{max} – X_{min}} Xnorm=Xmax−XminX−Xmin
按以上方式进行归一化以后,输入数据转换到[0,1]的范围。
有时候我们希望将输入转换到[-1,1]的范围,可以使用以下的公式
X n o r m = 2 ∗ ( X − X m i n ) X m a x − X m i n − 1 X_{norm} = \frac{2*(X – X_{min})}{X_{max} – X_{min}} – 1 Xnorm=Xmax−Xmin2∗(X−Xmin)−1
以上两种方式,都是针对原始数据做等比例的缩放。其中 X n o r m X_{norm} Xnorm 是归一化以后的数据, X X X是 原始数据大小, X m a x X_{max} Xmax X m i n X_{min} Xmin 分别是原始数据的最大值与最小值。公式简单明了,很容易懂。
除了将数据缩放到[0,1]或[-1,1]的范围,实际中还经常有其他缩放需求。例如在进行图像处理的过程中,获得的灰度图像的灰度值在[0,255]之间。常用的处理方式之一就是将像素值除以255,就缩放到了[0,1]之间。而在RGB图像转灰度图像的过程中,经常就将灰度值限定在[0,255]之间。
2.0均值归一化
0均值归一化将输入的原始数据集归一化为均值为0,方差为1的数据集。具体的归一化公式如下:
z = x − μ σ z = \frac{x – \mu}{\sigma} z=σx−μ
其中, μ \mu μ, σ \sigma σ是原始 数据集的均值与标准差。这种方式要求原始数据集的分布近似为正态(高斯)分布。否则归一化的效果很差。
http://ufldl.stanford.edu/wiki/index.php/数据预处理 中关于0均值归一化的描述:
特征标准化指的是(独立地)使得数据的每一个维度具有零均值和单位方差。这是归一化中最常见的方法并被广泛地使用(例如,在使用支持向量机(SVM)时,特征标准化常被建议用作预处理的一部分)。在实际应用中,特征标准化的具体做法是:首先计算每一个维度上数据的均值(使用全体数据计算),之后在每一个维度上都减去该均值。下一步便是在数据的每一维度上除以该维度上数据的标准差。
例子:处理音频数据时,常用 Mel 倒频系数 MFCCs 来表征数据。然而MFCC特征的第一个分量(表示直流分量)数值太大,常常会掩盖其他分量。这种情况下,为了平衡各个分量的影响,通常对特征的每个分量独立地使用标准化处理。
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