k-means and gaussian mixture model 王养浩 2013 年 11 月 20 日

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SDP-MARCH-Talk

K-means and Gaussian Mixture Model

王养浩2013年 11月 20日

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Outline

• K-means• Gaussian Mixture Model• Expectation Maximum

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K-means

• Gather data points to a few cohesive ‘Clusters’

• Unsupervised Learning

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K-means

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K-means

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K-means

• Easy• Fast

• Euclidean distance?• K needs input?• Convergence?

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Determination of K

• Rule of Thumb:• Elbow Method• Cross Validation

2/nk

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K-means Convergence

• x(i) data points • μc(i) cluster centroids

• Coordinate descent

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Coordinate Descent

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K-means Convergence

• Local minimum– The optimization object is non-convex

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Gaussian Mixture Model

• Mixture of Gaussian distribution

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Gaussian Mixture Model

• Log likelihood

• Maximum likelihood – Expectation Maximum

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Expectation Maximum

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Expectation Maximum

• Jenson inquality

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Expectation Maximum

• Training set {}• Hidden variables {}• Parameter θ

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Expectation Maximum

• Construct lower bound

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Expectation Maximum

• Maximum lower bound– Coordinate Ascent on J

• Repeat until convergence –Maximum given fixed θ–Maximum θ given fixed

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Expectation Maximum

• Repeat until convergence

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Generalized Expectation Maximum

• Difficulty in M-step

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Summary

• K-means– Coordinate descent

• Gaussian Mixture Model– Expectation Maximum

• Expectation Maximum–MLE for models with latent variables– Generalized EM

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• Thanks!