A Filter-SQP strategy for training Support Vector Machine models

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lino Bello, Tiago
Data de Publicação: 2023
Outros Autores: Matioli, Luiz Carlos, Pedroso, Lucas Garcia, Igarashi, Daniela Miray
Tipo de documento: Artigo
Idioma: eng
Título da fonte: Remat (Bento Gonçalves)
Texto Completo: https://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6241
Resumo: This paper introduces a filtering strategy for addressing optimization problems arising in binary Support Vector Machine classification. The training optimization problem aims to solve the dual formulation which involves a quadratic objective function subjected to a linear and box constraints. Our approach employs a Filter algorithm with Sequential Quadratic Programming iterations that minimize the quadratic Lagrangian approximations. Notably, we utilize the exact Hessian matrix in our numerical experiments to seek the desired classification function. Moreover, we present a Filter algorithm combined with the Augmented Lagrangian method aiming to accelerate the algorithm convergence. To substantiate our method's effectiveness, we conduct numerical experiments through MATLAB, comparing outcomes with alternative methodologies detailed in existing literature. Numerical experiments shows that the Filter--SQP combined with Augmented Lagrangian method is competitive and efficient method compared with an interior-point based solver and LIBSVM software in relation of classification metrics and CPU-time.
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spelling A Filter-SQP strategy for training Support Vector Machine modelsUna estrategia de Filtro-SQP para entrenar modelos de Máquinas de Vectores de SoporteUma estratégia Filtro-SQP para treinamento de modelos de Máquina de Vetores de Suportesupport vector machinetrainingoptimizationfilter methodsequential quadratic programmingmáquina de vetores de suportetreinamentootimizaçãométodo de filtroprogramação quadrática sequencialmáquina de vectores de soporteentrenamientooptimizaciónmétodo de filtroprogramación cuadrática secuencialThis paper introduces a filtering strategy for addressing optimization problems arising in binary Support Vector Machine classification. The training optimization problem aims to solve the dual formulation which involves a quadratic objective function subjected to a linear and box constraints. Our approach employs a Filter algorithm with Sequential Quadratic Programming iterations that minimize the quadratic Lagrangian approximations. Notably, we utilize the exact Hessian matrix in our numerical experiments to seek the desired classification function. Moreover, we present a Filter algorithm combined with the Augmented Lagrangian method aiming to accelerate the algorithm convergence. To substantiate our method's effectiveness, we conduct numerical experiments through MATLAB, comparing outcomes with alternative methodologies detailed in existing literature. Numerical experiments shows that the Filter--SQP combined with Augmented Lagrangian method is competitive and efficient method compared with an interior-point based solver and LIBSVM software in relation of classification metrics and CPU-time.En este trabajo, exponermos una estrategia de Filtro para resolver problemas de optimización que surgen en la clasificación binaria de Máquinas de Vectores de Soporte. El problema de optimización del entrenamiento tiene como objetivo resolver la formulación dual que implica una función objetiva cuadrática sujeta a restricciones lineales y de caja. Nuestro enfoque aplica un algoritmo de Filtro con iteraciones de Programación Cuadrática Secuencial que minimizan las aproximaciones Lagrangianas cuadráticas, utilizando la matriz Hessiana exacta en los experimentos numéricos, en busca de la función de clasificación deseada. Presentamos un algoritmo de Filtro combinado con el método del Lagrangiano Aumentado con el objetivo de acelerar la convergencia del algoritmo. También presentamos resultados numéricos obtenidos al implementar nuestro algoritmo propuesto en MATLAB, y comparamos los resultados con otras metodologías en la literatura. Los experimentos numéricos muestran que el método del Filtro-SQP combinado con el método del Lagrangiano Aumentado es un método competitivo y eficiente en comparación con un solucionador basado en puntos interiores y el software LIBSVM en términos de métricas de clasificación y tiempo de CPU.Neste artigo, introduzimos uma estratégia de Filtro para resolver o problema de otimização decorrente da do método de classificação Máquina de Vetores de Suporte. Este problema de treinamento visa resolver a formulação dual, que envolve uma função objetiva quadrática sujeita a uma restrição lineares de igualdade e caixa. Esta abordagem aplica um algoritmo de Filtro com iterações de Programação Quadrática Sequencial, que minimizam as aproximações Lagrangiano quadráticas, usando a matriz Hessiana exata nos experimentos numéricos, em busca da função de classificação desejada. Apresenta-se um algoritmo de Filtro combinado com o método do Lagrangiano Aumentado visando acelerar a convergência do algoritmo. Também apresentamos resultados numéricos obtidos ao implementar nosso algoritmo proposto no MATLAB e comparar os resultados com outras metodologias da literatura. Os experimentos numéricos mostram que o método de Filtro-SQP combinado com o método do Lagrangiano Aumentado é um método competitivo e eficiente em relação às métricas de classificação e tempo de CPU, em comparação com um solucionador baseado em Pontos Interiores e o software LIBSVM.Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul2023-10-30info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionArtigo avaliado pelos paresapplication/pdfhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/624110.35819/remat2023v9i2id6241REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 9 No. 2 (2023); e3004REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; Vol. 9 Núm. 2 (2023); e3004REMAT: Revista Eletrônica da Matemática; v. 9 n. 2 (2023); e30042447-2689reponame:Remat (Bento Gonçalves)instname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)instacron:IFRSenghttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/article/view/6241/3450Copyright (c) 2023 REMAT: Revista Eletrônica da Matemáticahttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessLino Bello, TiagoMatioli, Luiz CarlosPedroso, Lucas GarciaIgarashi, Daniela Miray2023-10-31T03:16:12Zoai:ojs2.periodicos.ifrs.edu.br:article/6241Revistahttp://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMATPUBhttps://periodicos.ifrs.edu.br/index.php/REMAT/oai||greice.andreis@caxias.ifrs.edu.br2447-26892447-2689opendoar:2023-10-31T03:16:12Remat (Bento Gonçalves) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul (IFRS)false
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