Support vector machines (SVMs) are well-studied supervised learning models for binary classification. In many applications, large amounts of samples can be cheaply and easily obtained. What is often a costly and error-prone process is to manually label these instances. Semi-supervised support vector machines (S3VMs) extend the well-known SVM classifiers to the semi-supervised approach, aiming at maximizing the margin between samples in the presence of unlabeled data. By leveraging both labeled and unlabeled data, S3VMs attempt to achieve better accuracy and robustness compared to traditional SVMs. Unfortunately, the resulting optimization problem is non-convex and hence difficult to solve exactly. In this paper, we present a new branch-and-cut approach for S3VMs using semidefinite programming (SDP) relaxations. We apply optimality-based bound tightening to bound the feasible set. Box constraints allow us to include valid inequalities, strengthening the lower bound. The resulting SDP relaxation provides bounds significantly stronger than the ones available in the literature. For the upper bound, instead, we define a local search exploiting the solution of the SDP relaxation. Computational results highlight the efficiency of the algorithm, showing its capability to solve instances with a number of data points 10 times larger than the ones solved in the literature.


翻译:支持向量机(SVM)是用于二分类问题的经典监督学习模型。在许多应用中,大量样本可以低成本且容易地获取,而人工标注这些样本通常成本高昂且容易出错。半监督支持向量机(S3VM)将广为人知的SVM分类器扩展至半监督方法,旨在有未标注数据存在时最大化样本间的分类间隔。通过同时利用标注和未标注数据,S3VM相比传统SVM能够实现更高的准确性和鲁棒性。然而,由此产生的优化问题是非凸的,因此难以精确求解。本文提出了一种基于半定规划(SDP)松弛的S3VM新型分支切割方法。我们通过基于最优性的边界紧缩来约束可行域,并利用盒式约束引入有效不等式以强化下界。由此得到的SDP松弛提供了显著强于现有文献中的下界。对于上界,我们则定义了一种利用SDP松弛解的局部搜索策略。计算结果表明了该算法的高效性,其能够解决的数据规模比现有文献中的求解规模大10倍。

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在机器学习中,支持向量机(SVM,也称为支持向量网络)是带有相关学习算法的监督学习模型,该算法分析用于分类和回归分析的数据。支持向量机(SVM)算法是一种流行的机器学习工具,可为分类和回归问题提供解决方案。给定一组训练示例,每个训练示例都标记为属于两个类别中的一个或另一个,则SVM训练算法会构建一个模型,该模型将新示例分配给一个类别或另一个类别,使其成为非概率二进制线性分类器(尽管方法存在诸如Platt缩放的问题,以便在概率分类设置中使用SVM)。SVM模型是将示例表示为空间中的点,并进行了映射,以使各个类别的示例被尽可能宽的明显间隙分开。然后,将新示例映射到相同的空间,并根据它们落入的间隙的侧面来预测属于一个类别。

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