Support Vector Regression Quantitative Structure–Activity Relationships (QSAR) for Benzodi
基于机器学习算法的股指期货价格预测模型研究
基于机器学习算法的股指期货价格预测模型研究作者:***来源:《软件工程》2022年第12期摘要:人工智能技术和量化投资领域的结合,诞生了各类基于机器学习算法的价格预测模型。
为研究不同机器学习算法在股指期货价格预测中的应用效果,采用支持向量回归、长短期记忆网络、随机森林及极端梯度提升树四种常用的机器学习算法构建价格预测模型,对沪深300股指期货价格进行预测研究,并利用贝叶斯算法对模型进行超参数优化,对比贝叶斯优化对于以上四种机器学习算法预测精度的提升效果。
研究结果表明,随机森林和极端梯度提升树因其模型自身的优点,可以实现对金融时序数据的准确预测,而贝叶斯优化利用高斯过程,不断更新先验,可以显著提高支持向量回归预测效果,均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)、对称平均绝对百分比误差(SMAPE)和损失适应度(LOSS)分别降低了78.6%、94.7%、95.1%和97.0%。
关键词:机器学习;支持向量机;长短期记忆网络;随机森林;极端梯度提升树中图分类号:TP312 文献标识码:AResearch on Stock Index Futures Price Prediction Modelbased on Machine Learning AlgorithmsYANG Xuewei(School of Economics and Management, Qinghai University for Nationalities, Xining 810007, China)*****************Abstract: With the combination of artificial intelligence technology and quantitative investment, various price prediction models based on machine learning algorithms have emerged. In order to study the effect of different machine learning algorithms on stock index futures price prediction, this paper proposes to use four commonly used machine learning algorithms, namely SVR (Support Vector Regression), LSTM (Long Short-Term Memory), RF (Random Forest) and XGBoost (Extreme Gradient Boosting), to construct a price prediction model, so as to predict the stock index futures price of Shanghai and Shenzhen 300. Bayesian algorithm is used to optimize the hyperparameters of the model, and the improvement effect of Bayesian optimization on the prediction accuracy of the four machine learning algorithms is compared. The research results show that RF and XGBoost can achieve accurate prediction of financial time series data due to their own advantages, while Bayesian optimization can significantly improve the prediction effect of support vector machines by using Gaussian process and constantly updating the prior. MSE, MAE,SMAPE and LOSS are reduced by 78.6%, 94.7%, 95.1% and 97.0% respectively.Keywords: machine learning; SVR; LSTM; RF; XGBoost1 引言(Introduction)宏觀经济背景、金融市场发展水平和投资者心理预期等多种复杂因素共同驱动金融工具价格变化,使得金融时序价格具有非平稳性、非线性和高噪声的复杂特性[1]。
化学计量学应用课程论文写作模板
支持向量回归用于氨基酸描述符在肽QSAR建模中的性能评价(黑体三号、居中)应用化学2008级学号2008123 张明康(宋体小四号、居中)任课教师印家健副教授(宋体小四号、居中)摘要:(宋体小四号、加粗、顶格)采用支持向量回归方法用3个数据集来评价z-scales、c-scales、ISA-ECI、MS-WHIM、PRIN等5个氨基酸描述符在肽QSAR支持向量回归模型构建中的性能并对核函数进行选择,采用留一法交叉检验的结果显示径向基核函数要好于多项式核函数和线性核函数;在以径向基核函数的支持向量回归模型中表明z-scales的预测准确度要略优于其它描述符,且在同一描述符的情况下SVR的预测效果要好于其它线性方法,说明SVR在肽QSAR模型构建中是一个可行的方法。
(中文用楷体小四号、英文用Times New Roman小四号、两端对齐)关键词:(宋体小四号、加粗、顶格)肽,定量构效关系,核函数,支持向量回归,性能评价(楷体小四号、两端对齐)(关键词间,用逗号隔开)多肽具有高活性、高选择性及副作用小的特点,是维持生命过程中必不可少的物质,目前已成为药物研究的热点之一。
在多肽类似物的研究和开发中,定量构效关系(Quantitative structure-activity relationships,QSAR)是一个重要的理论计算方法和常用手段。
所谓多肽QSAR,就是用数学模式来表达多肽类似物的化学结构信息与特定的生物活性强度间的相互关系[1,2]。
多肽的化学结构描述符普遍采用氨基酸的结构描述参数去定量描述多肽的化学结构和性质,其基本思路是以多肽的最基本的结构信息——氨基酸序列为基础,对一系列多肽类似物中变化的氨基酸残基进行定量描述,并把氨基酸序列转换成结构描述符矩阵的一个向量[1,2]。
目前在肽QSAR模型中常用的氨基酸描述符主要有:基于实验的z-scales[1]、基于理论计算的t-scales[3]、ISA(isotropic surface area)-ECI(electronic charge index)[4]、MS-WHIM scores[5]、PRIN[6]、c-scales[7]以及基于分子拓扑学的MHDV(molecular holographic distance vector)及其衍变的拓扑描述符[8-10]。
支持向量回归模型,径向基函数
支持向量回归模型,径向基函数1.引言1.1 概述概述支持向量回归模型是一种机器学习算法,用于解决回归问题。
它基于支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)算法发展而来,相比于传统的回归模型,支持向量回归模型具有更强的鲁棒性和泛化能力。
支持向量回归模型的核心思想是通过在训练数据中找到能够最好地拟合数据的超平面,以预测目标变量的值。
与传统的回归模型不同,支持向量回归模型不仅考虑样本点的位置关系,还引入了一个叫做“支持向量”的概念。
支持向量是在模型训练过程中起关键作用的样本点,它们离超平面的距离最近,决定了超平面的位置和形状。
径向基函数是支持向量回归模型中常用的核函数。
径向基函数通过将原始特征映射到高维空间,使得原本线性不可分的数据在新的空间中变得线性可分。
在支持向量回归模型中,径向基函数可以用于构建非线性的映射关系,从而提高模型的预测能力。
本文将围绕支持向量回归模型和径向基函数展开讨论。
首先,我们将详细介绍支持向量回归模型的原理和算法。
然后,我们将探讨径向基函数的概念和应用场景。
接下来,我们将设计实验来验证支持向量回归模型在不同数据集上的表现,并对实验结果进行分析。
最后,我们将对本文进行总结,并展望支持向量回归模型和径向基函数在未来的研究和应用中的潜力。
通过本文的阅读,读者将对支持向量回归模型和径向基函数有更深入的了解,并能够将其应用于实际问题中。
支持向量回归模型的引入和径向基函数的使用为解决回归问题提供了一种新的思路和方法,对于提高预测精度和模型的鲁棒性具有重要意义。
1.2文章结构文章结构部分可以描述整篇文章的组织和章节安排,使读者能够清楚地了解文章的框架和内容概要。
在本篇文章中,主要分为以下几个章节:1. 引言:- 1.1 概述:简要介绍支持向量回归模型和径向基函数的背景和概念。
- 1.2 文章结构:对整篇文章的章节和内容进行概述,让读者知道接下来会涉及到哪些内容。
- 1.3 目的:明确本文的研究目的和动机。
用于滚动轴承故障检测与分类的支持向量机方法
用于滚动轴承故障检测与分类的支持向量机
方法
1 滚动轴承故障检测
滚动轴承是一种常见的机械配件,用于滚动移动,传动和支撑机械元件。
由于轴承位置固定,其表面摩擦及内外部压力的变化,容易引起轴承故障,影响设备的正常运行。
因此,准确检测和精确诊断轴承故障具有重要意义。
目前常用的轴承故障检测技术主要是基于分析磁性和非磁性噪声的傅里叶变换等技术。
但由于滚动轴承故障检测和分类存在一定的困难,有较大的局限性。
因此,开发高效的故障检测和分类的技术,以降低设备的维修和维护成本,保障设备的正常使用,成为技术发展的重要课题。
2 支持向量机方法
支持向量机(Support Vector Machine, SVM)是一种基于机器学习的分类方法,用于检测和识别设备和系统中存在的故障模式。
它可以通过研究故障特征,分析故障影响因素,并建立合理的故障模型,有效地诊断轴承故障。
支持向量机方法有三个主要的模块:特征提取,特征选择和模型训练。
首先,通过常用的数字信号处理技术和计算机视觉技术,对滚动轴承的谐波和光谱数据进行处理,以提高提取准确性;其次,通过
精心设计的特征选择算法,可以高效地实现特征选择,以帮助识别及检测轴承故障;最后,运用支持向量机算法建立针对不同轴承故障的模型,用于训练模型和识别轴承故障分类。
由此可见,支持向量机方法在滚动轴承故障诊断与分类领域具有良好的性能,能够实时地检测和分析轴承故障模式,也就是说,可以有效检测和分类不同类别的滚动轴承故障。
不仅可以减少轴承故障对设备造成的不良影响,而且可以降低维护费用,提高检测效率,切实维护设备的运行安全。
支持向量机通俗解释
在给出几何间隔的定义之前,咱们首先来看下,如上图所示,对于一个 点 x , 令其垂直投影到超平面上的对应的为 x0 ,由于 w 是垂直于超平 面的一个向量, 为样本 x 到分类间隔的距离,我们有
(||w||表示的是范数,关于范数的概念参见这里)
是这样的么?当然不是,详情请见本文评论下第 43 楼)
当然,有些时候,或者说大部分时候数据并不是线性可分的,这个时候满足 这样条件的超平面就根本不存在(不过关于如何处理这样的问题我们后面会讲), 这里先从最简单的情形开始推导,就假设数据都是线性可分的,亦即这样的超平 面是存在的。 更进一步,我们在进行分类的时候,将数据点 x 代入 f(x) 中,如果得 到的结果小于 0 ,则赋予其类别 -1 ,如果大于 0 则赋予类别 1 。如 果 f(x)=0,则很难办了,分到哪一类都不是。
支持向量机通俗导论(理解 SVM 的三层境界)
作者:July、pluskid 致谢:白石、JerryLead 本 PDF 制作者:吴新隆
联系作者:/julyweibo 出处:/v_july_v
二零一三年十二月六日于天通苑
前言
动笔写这个支持向量机(support vector machine)是费了不少劲和困难的, 原因很简单, 一者这个东西本身就并不好懂,要深入学习和研究下去需花费不少 时间和精力,二者这个东西也不好讲清楚,尽管网上已经有朋友写得不错了(见 文末参考链接),但在描述数学公式的时候还是显得不够。得益于同学白石的数 学证明,我还是想尝试写一下,希望本文在兼顾通俗易懂的基础上,真真正正能 足以成为一篇完整概括和介绍支持向量机的导论性的文章。 本文在写的过程中,参考了不少资料,包括《支持向量机导论》、《统计学 习方法》及网友 pluskid 的支持向量机系列等等,于此,还是一篇学习笔记,只 是加入了自己的理解和总结,有任何不妥之处,还望海涵。全文宏观上整体认识 支持向量机的概念和用处,微观上深究部分定理的来龙去脉,证明及原理细节, 力求逻辑清晰 & 通俗易懂。 同时,阅读本文时建议大家尽量使用 chrome 等浏览器,如此公式才能更好 的显示,再者,阅读时可拿张纸和笔出来,把本文所有定理.公式都亲自推导一 遍或者直接打印下来(可直接打印网页版或本 PDF,享受随时随地思考、演算的 极致快感),在文稿上演算。 Ok,还是那句原话,有任何问题,欢迎任何人随时不吝指正 & 赐教,感谢。
支持向量机回归模型英文专业名词
支持向量机回归模型英文专业名词Support Vector Regression (SVR) is a powerful machine learning technique that extends the principles of Support Vector Machines (SVM) to tackle regression problems. Unlike SVMs which are primarily used for classification, SVR models are adept at predicting continuous values.SVR operates by finding the optimal hyperplane that best fits the data within a margin of error, known as the epsilon-tube. This tube encapsulates the data points, allowing for some degree of error, which is crucial for handling real-world data that may contain noise.One of the key features of SVR is its ability to handle non-linear relationships through the use of kernel functions. These functions transform the input data into a higher-dimensional space where a linear regression can be applied, thus making SVR versatile for complex datasets.Regularization is another important aspect of SVR, which helps in preventing overfitting by controlling the model's complexity. The regularization parameter, often denoted as C, plays a pivotal role in balancing the trade-off between achieving a low error and maintaining model simplicity.In practice, SVR models require careful tuning of parameters such as C, the kernel type, and kernel parameters to achieve optimal performance. Cross-validation techniquesare commonly used to find the best combination of these parameters for a given dataset.SVR has been successfully applied in various fields, including finance for predicting stock prices, in medicine for forecasting patient outcomes, and in engineering for modeling complex systems. Its robustness and adaptability make it a valuable tool in the machine learning toolkit.Despite its advantages, SVR can be computationally intensive, especially with large datasets, due to the quadratic programming problem it needs to solve. However, with the advancement of computational resources and optimization algorithms, SVR remains a viable option for regression tasks.。
简述svm中的kkt条件(一)
简述svm中的kkt条件(一)SVM中的KKT条件1. 简介SVM(Support Vector Machine)是一种常用的机器学习算法,广泛应用于分类问题。
在SVM中,KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件是一组重要的约束条件,用于判断最优解的存在与唯一性。
2. KKT条件的定义KKT条件是一组线性不等式和等式的约束条件,对于SVM而言,包括下列三个条件:1.Primal Feasibility(原始可行性):对于所有的样本i,满足以下条件:equation1equation12.Dual Feasibility(对偶可行性):对于所有的样本i,满足以下条件:equation2equation2plementary Slackness(互补松弛):对于所有的样本i,满足以下条件:equation3equation33. 解释和解读KKT条件原始可行性•原始可行性条件要求所有样本的约束条件都满足,即所有样本的输出y和预测值f(x)之间的差异不超过容忍范围,其中xi为输入样本,yi为标签。
对偶可行性•对偶可行性条件要求所有的拉格朗日乘子alpha满足非负性约束,即alpha大于等于0。
互补松弛•互补松弛条件要求拉格朗日乘子alpha和约束条件之间满足一定的关系,即alpha乘以约束条件的差为0。
这个条件保证了只有支持向量对应的alpha值大于0,其他样本对应的alpha值均为0。
4. KKT条件的意义KKT条件为SVM提供了一个判断最优解的标准。
当训练好的SVM模型满足KKT条件时,表示找到了一个全局最优解,这个解不仅满足所有样本的分类要求,还保证了模型的稀疏性。
5. 总结KKT条件对于理解和应用SVM算法具有重要意义。
它们提供了一组约束条件,用于判断SVM模型的最优解。
熟练掌握KKT条件的含义和应用,有助于更好地理解SVM算法,并能够灵活地在实际问题中应用。
如果你想进一步深入学习和研究SVM算法,KKT条件是一个必不可少的知识点。
向量机的介绍
就构造径向基核函数的回归LS-SVM而言,有r和σ2两个参数需要确 定。r是正则化参数,也就是惩罚系数,用来控制回归函数的拟合误 差,r值越大,拟合误差越小,相应的训练时间也就越长,但是r过大 会导致过拟合; σ2是核函数参数,表示径向基核函数的宽度, σ2越 小,拟合误差变小,相应的训练时间也就变长了,但是σ2过小,会 导致过拟合。所以参数必须进行精心地选择。对整个样本数据集,任 选约占其总数2/3的数据组成训练集以建立 LS-SVM模型;其余约1/3的 数据组成测试数据集以测试模型性能。
• 最后写成矩阵的形式
其中,z=[Φ (X1)…Φ (XN)]T,y=[y1…..yN],1N=[1…..1]T,ξ=[ξ 1... ξ N]T, α=[α 1…α N]T非线性函数分类的ZZT内积运算可用满足 Mercer条件的核函数K(xi,xj)替代,令 =ZZT,则
则最小二乘支持向量机分类决策函数为
对函数回归问题,LS-SVM也有类似的描述,只是约束条件改为
得
则最小二乘支持向量机回归估计函数为
通常情况下,最小二乘支持向量机的核函数选用高斯核函数。定义为:
对于LS-SVM而言,确定核函数和相关参数(核参数和正则化参数r)是关 LS-SVM ( r) 键步骤。建立最优模型就是确定最优的核函数及其相关参数,从而使 得模型测试误差最小,这个过程通常称作模型选择。不同的核函数和 相关参数使得回归LS-SVM具有不同的泛化性能。模型选择是SVM算 法的一个难点,也是个重点。
统计学习因此而引入了泛化误差界的概念,就是指真实风险应该 由两部分内容刻画,一是经验风险,代表了分类器在给定样本上的误 差;二是置信风险,代表了我们在多大程度上可以信任分类器在未知 文本上分类的结果。很显然,第二部分是没有办法精确计算的,因此 只能给出一个估计的区间,也使得整个误差只能计算上界,而无法计 算准确的值(所以叫做泛化误差界,而不叫泛化误差)。 置信风险与两个量有关,一是样本数量,显然给定的样本数量越大, 我们的学习结果越有可能正确,此时置信风险越小;二是分类函数的 VC维,显然VC维越大,推广能力越差,置信风险会变大。统计学习 的目标从经验风险最小化变为了寻求经验风险与置信风险的和最小, 即结构风险最小。
利用多种回归模型对比估算琯溪蜜柚叶片钾素含量
热带作物学报2022, 43(6): 1191 1199Chinese Journal of Tropical Crops利用多种回归模型对比估算琯溪蜜柚叶片钾素含量栗方亮,孔庆波*,张青福建省农业科学院土壤肥料研究所,福建福州 350013摘要:钾素是蜜柚营养三要素之一,是准确诊断和定量评价生长状况的重要指标,建立合适的蜜柚叶片钾素含量高光谱估算模型,为实现快速、无损、精确的钾素含量估测提供依据。
基于蜜柚叶片高光谱数据和钾素含量实测数据,首先分析蜜柚叶片钾素含量与原始及一阶微分光谱的相关性,然后分析与敏感波段植被参数的相关性,并找出相关性较好的光谱参数,建立蜜柚叶片钾素含量偏最小二乘回归模型(PLS)、BP神经网络回归模型(BPNN)、随机森林回归模型(RF)和支持向量机回归模型(SVM),并确定蜜柚叶片钾素含量最佳估算模型。
在513~598 nm和699~735 nm 处,蜜柚叶片钾素含量与原始光谱反射率呈显著负相关,最大负相关系数分别为‒0.47(554 nm)和‒0.45(715 nm)。
在507~552 nm和691~711 nm处,蜜柚叶片钾素含量与一阶微分光谱反射率呈显著负相关,最大负相关系数分别为‒0.54(528 nm)和‒0.53(702 nm);在557~655 nm处,二者呈显著正相关,最大正相关系数为0.58(579 nm)。
选择554、715、528、579、702 nm构建光谱参数,建立差值植被指数(DVIλ1, λ2)、比值植被指数(RVIλ1, λ2)和归一化植被指数(NDVIλ1, λ2)等,其中与蜜柚叶片钾素含量相关性较好的光谱参量为NDVI′579,702、RVI554,715、RVI′528,579、R′579。
建立PLS、BPNN、RF和SVM等4种回归模型估算蜜柚叶片钾素含量并进行对比验证,4种估算模型的决定系数(R2)分别为0.72、0.74、0.84和0.81,均方根误差(RMSE)分别为2.44、2.28、1.49和1.61;相对误差(RE)分别为9.95%、9.01%、7.84%和8.01%。
解释支持向量回归模型中的预测结果
解释支持向量回归模型中的预测结果支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)是一种机器学习算法,用于解决回归问题。
与传统的线性回归方法不同,SVR通过寻找支持向量来构建一个线性回归模型,从而能够更好地适应非线性数据。
在SVR模型中,预测结果是通过学习一个最优的超平面来实现的。
这个超平面是在特征空间中找到的,其目标是使所有样本点到这个超平面的距离最小化。
这个距离被称为间隔(margin),SVR通过最大化间隔来寻找最优解。
预测结果可以通过SVR模型中的支持向量来解释。
支持向量是训练样本中与超平面距离最近的点,在构建模型时起到了关键作用。
这些支持向量决定了超平面的位置和方向,并且在预测时起到了关键作用。
SVR模型中预测结果可以分为两种情况:一种是在训练数据范围内进行预测,另一种是在训练数据范围之外进行预测。
首先考虑在训练数据范围内进行预测。
对于这种情况,SVR会根据支持向量和它们与超平面的距离来计算预测结果。
具体来说,SVR会计算每个支持向量与超平面之间的距离,并根据这个距离来对预测结果进行加权。
距离越近的支持向量对预测结果的贡献越大,距离越远的支持向量对预测结果的贡献越小。
这样做的目的是为了使模型更加关注与超平面距离较近的样本,从而提高模型在训练数据范围内的预测准确性。
接下来考虑在训练数据范围之外进行预测。
在这种情况下,SVR 会根据训练数据范围内与超平面最近的支持向量来进行预测。
具体来说,SVR会找到与待预测样本最近的支持向量,并根据其与超平面之间的关系来计算预测结果。
如果待预测样本位于超平面一侧,则其对应于正类别;如果待预测样本位于超平面另一侧,则其对应于负类别。
需要注意的是,在SVR模型中,由于只有一部分样本被选为支持向量,并且只有它们决定了模型中最优解所对应的超平面,因此预测结果的解释性较强。
这也是SVR模型的一个优点,即可以解释模型对预测结果的贡献。
总结一下,支持向量回归模型中的预测结果是通过学习一个最优超平面来实现的。
COX-2抑制剂的定量构效关系研究
环 氧 酶(cyclo.oxygen—ase,COX)全称 为环 氧 化物 水解 酶 ,是 前 列腺素 (prostaglandin,PG)合 成所 必 需的酶 ,也是 PG 合成 初始 过
[摘 要 1选 择性 抑制 环 截 酶 2 珂 以达 到 消 炎镇痛 的 秘豹 本 文应 用 支 持 向璧 回归 机 、k 最近 邻 以及 C4.5 决策 树三 种 机器 学 习方法 建 立 了
COX 2抑 制剂 的 回归模 型 ,分 析其 定 量构 效关 系 。本 文又 对三 个模 型 的预测 效 果进 行 了评价 ,误差 均能 满足 精度 要求 。最 后 本 文 比较 了它 们
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广 东 化 工
ww w .gdchem .cor n
2018年 第 1 5期 第 45卷 总 第 377期
COX.2抑制剂 的定量 构效关 系研 究
李 秉 轲 ,刘 杰 ,刘 军 ,赵 庆 吴 ,马 艺 飞
(成都 帅 范学 院 化 学 与生 命科 学学 院/功能 分 予研 宄所 , 旧JIl成都 6l1 l30)
的 优缺 点和 适用 范 围 。 [关键 词】支 持 向量 回归机 ;k最 近邻 :C4 5决 策树 ;cox-2抑 制剂 ; 定量 构效 关 系
(中 图分类 号】TQ
【文 献标 识码 】A
【文 章编 号]i007-1865(2018)15—0062—02
支持向量回归模型参数
支持向量回归模型参数支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)是一种用于回归问题的机器学习方法。
在支持向量回归模型中,参数的选择对于模型的性能和准确性至关重要。
以下是一些关键参数:1. 核函数:选择合适的核函数是支持向量回归中的重要步骤。
常用的核函数有线性核、多项式核、径向基函数(Radial basis function,RBF)等。
这些核函数在处理不同类型的数据时具有不同的优势和适用性。
2. 惩罚参数C:惩罚参数C用于平衡模型的复杂度和训练误差。
较大的C 值会导致模型复杂度增加,而较小的C值可能导致欠拟合。
需要根据具体情况进行调整,以找到最优的C值。
3. ε不敏感损失函数:ε-不敏感损失函数用于测量预测值与实际值之间的误差。
在这个函数中,误差小于ε的值不会对损失产生影响,这有助于处理噪声和异常值。
4. 核函数的参数:对于使用核函数的支持向量回归,还需要调整核函数的参数。
例如,对于RBF核,需要选择合适的σ值。
5. 特征缩放:在某些情况下,特征的尺度可能会影响支持向量回归的性能。
如果特征的尺度差异很大,可能需要先对特征进行缩放,例如使用标准化或归一化。
6. 正则化:正则化是一种防止过拟合的技术,通过在损失函数中添加一项来惩罚模型的复杂性。
在支持向量回归中,可以使用不同的正则化策略,例如L1正则化和L2正则化。
7. 初始化参数:在某些实现中,初始化参数也可能是一个重要的考虑因素。
例如,一些优化算法可能需要特定的初始参数来启动搜索过程。
在实际应用中,通过交叉验证和网格搜索等手段可以有效地找到这些参数的最佳值。
解释支持向量回归模型中的预测结果
解释支持向量回归模型中的预测结果支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)是一种常用的回归分析方法,它基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法,并在此基础上进行了改进。
SVR在解决回归问题时具有很好的性能,并且在实际应用中取得了广泛的成功。
支持向量回归模型中的预测结果是通过拟合训练数据集得到的模型进行预测。
SVR通过找到一个最优超平面来拟合数据集,使得超平面到数据点的距离最小化。
这个最优超平面由一组支持向量决定,它们是离超平面最近的训练样本点。
SVR中的预测结果是根据找到的最优超平面来进行计算得出的。
具体来说,对于一个新样本点x,预测结果y可以通过计算x与最优超平面之间距离来获得。
这个距离可以用模型参数和样本点之间内积计算出来。
在SVR中,常用的核函数有线性核函数、多项式核函数和径向基函数(Radial Basis Function, RBF)等。
这些核函数能够将样本从原始特征空间映射到一个高维特征空间,并且在高维特征空间中进行线性回归。
通过使用核函数,SVR能够更好地处理非线性回归问题。
SVR的预测结果具有以下特点:1. 鲁棒性:SVR能够处理具有噪声和异常值的数据。
由于SVR使用了支持向量,它对于训练数据中的噪声和异常值具有较好的鲁棒性。
这使得SVR在实际应用中更加可靠。
2. 非线性拟合能力:通过使用核函数,SVR能够处理非线性回归问题。
核函数将样本从原始特征空间映射到一个高维特征空间,在高维特征空间中进行线性回归。
这使得SVR在解决复杂的非线性问题时具有较好的拟合能力。
3. 稀疏解:由于支持向量是决定最优超平面的关键点,它们是训练样本中最接近超平面的点。
因此,支持向量回归模型得到的解是稀疏的,只有少数关键点对预测结果产生影响。
4. 参数调节:在支持向量回归模型中,有一些参数需要调节以获得更好地拟合效果。
例如,在选择核函数时需要选择合适的参数值。
如何使用支持向量机进行异常检测
如何使用支持向量机进行异常检测引言:异常检测是数据分析领域中重要的任务之一,它可以帮助我们发现数据中的异常行为或异常模式。
支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)是一种常用的机器学习算法,可以用于异常检测。
本文将介绍如何使用支持向量机进行异常检测,并探讨其应用和优缺点。
一、支持向量机简介支持向量机是一种监督学习算法,其主要目标是找到一个超平面,将不同类别的数据点分隔开。
在异常检测中,我们可以将异常点看作是一个类别,正常点看作是另一个类别。
支持向量机通过构建一个最优的超平面来划分这两个类别,从而实现异常检测的目的。
二、支持向量机的工作原理支持向量机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤:1. 数据预处理:异常检测通常需要对原始数据进行预处理,包括数据清洗、特征选择和特征缩放等。
这些步骤有助于提高异常检测的准确性和效果。
2. 特征提取:支持向量机需要将数据转换为向量形式进行处理。
在异常检测中,我们需要从原始数据中提取有用的特征,以便支持向量机能够更好地区分正常和异常数据。
3. 模型训练:使用标记好的训练数据,通过支持向量机算法进行模型训练。
训练过程中,支持向量机会找到一个最优的超平面,使得正常数据和异常数据之间的间隔最大化。
4. 异常检测:使用训练好的模型对新的数据进行异常检测。
支持向量机通过计算新数据点到超平面的距离来判断其是否为异常点。
距离超过一定阈值的数据点被认为是异常点。
三、支持向量机在异常检测中的应用支持向量机在异常检测中有广泛的应用,以下列举几个常见的领域:1. 金融欺诈检测:支持向量机可以通过分析用户的交易行为,识别出潜在的欺诈行为,帮助金融机构提高风险控制能力。
2. 网络入侵检测:支持向量机可以分析网络流量数据,识别出异常的网络行为,帮助网络管理员及时发现并应对潜在的入侵威胁。
3. 工业生产异常检测:支持向量机可以分析生产过程中的传感器数据,识别出异常的工艺参数,帮助企业提高生产效率和产品质量。
支持向量机原理
支持向量机原理支持向量机于1995年正式发表,由于在文本分类任务中显示出卓越性能,很快成为机器学习的主流技术,并直接掀起了“统计学习”在2000年前后的高潮。
但实际上,支持向量机的概念早在20世纪六十年代就已经出现,统计学习理论在70年代就已成型。
对核函数的研究更早,Mercer定理可追溯到1909年,RKHS则在40年代就已被研究,但在统计学习兴起后,核技巧才真正成为机器学习的通用基本技术。
支持向量机(support vector machine)是一种分类算法,通过寻求结构化风险最小来提高学习机泛化能力,实现经验风险和置信范围的最小化,从而达到在统计样本量较少的情况下,亦能获得良好统计规律的目的。
通俗来讲,它是一种二类分类模型,其基本模型定义为特征空间上的间隔最大的线性分类器,即支持向量机的学习策略便是间隔最大化,最终可转化为一个凸二次规划问题的求解。
支持向量机是针对二分类任务设计的,对多分类任务要进行专门的推广,对带结构输出的任务也已有相应的算法。
核函数直接决定了支持向量机于核方法的最终性能,但遗憾的是,核函数的选择是一个未决问题。
多核学习使用多个核函数并通过学习获得其最优凸组合作为最终的核函数,这实际上是在借助集成学习机制。
替代损失函数在机器学习中被广泛使用。
但是,通过求解替代损失函数得到的是否仍是原问题的解?这在理论上称为替代损失的“一致性”问题。
给出了基于替代损失进行经验风险最小化的一致性充要条件,证明了几种常见凸替代损失函数的一致性。
支持向量机的求解通常是借助于凸优化技术。
如何提高效率,使SVM能适用于大规模数据一直是研究重点。
对线性核SVM已有很多成果,例如基于割平面法的SVM具有线性复杂度,基于随机梯度下降的Pegasos速度甚至更快,而坐标下降法则在稀疏数据上有很高的效率。
非线性核SVM的时间复杂度在理论上不可能低于O(m²),因此研究重点是设计快速近似算法,如基于采样的CVM、基于低秩逼近的Nyström方法、基于随机傅里叶特征的方法等。
matlab 向量回归svr非参数方法进行拟合 -回复
matlab 向量回归svr非参数方法进行拟合-回复MATLAB是一种强大的数学计算工具,它支持多种回归方法。
本文将介绍一种非参数方法,即支持向量回归(Support Vector Regression,简称SVR),并使用MATLAB进行向量回归拟合。
文章主要包括以下内容:SVR 的基本原理、MATLAB中的相关工具和函数、数据准备、SVR模型训练和测试、结果分析和总结。
1. SVR的基本原理SVR是一种非参数回归方法,它基于支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)的思想,通过在特征空间上学习一个最优超平面,来进行回归分析。
在SVR中,我们首先将输入样本映射到高维特征空间,并通过最小化训练误差和正则化项,找到一个最优的超平面。
超平面由一组支持向量决定,这些向量位于训练样本的边界上。
通过调整支持向量与超平面的距离,我们可以控制回归模型的灵活性和泛化能力。
2. MATLAB中的相关工具和函数MATLAB提供了一些用于支持向量回归的工具箱和函数,包括Statistics and Machine Learning Toolbox和Support Vector Machines Toolbox。
其中,Statistics and Machine Learning Toolbox 提供了一些基本的SVR函数,如fitrsvm用于训练SVR模型,predict用于预测;Support Vector Machines Toolbox则提供了更多高级的SVR 算法和函数。
3. 数据准备在使用SVR进行回归分析前,我们需要准备好训练数据和测试数据。
训练数据应包含输入特征和对应的输出值,可以是实际观测值或人工标注值。
测试数据可以用来评估模型的预测能力。
在MATLAB中,我们可以将数据存储在矩阵或表格中,然后使用这些数据进行训练和测试。
如果数据中存在缺失值或异常值,我们可以通过一些数据清洗和处理方法进行预处理。
调强放射治疗自动计划技术的研究进展
调强放射治疗自动计划技术的研究进展范嘉伟【摘要】逆向调强放疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)技术在保证靶区接收足够照射剂量的同时极大地降低了正常组织的受照剂量.在IMRT治疗计划的设计过程中,需要进行多次尝试与优化才能在提高靶区覆盖率与减少正常组织受照剂量的矛盾中找到平衡点.这种常规的计划设计过程十分繁杂,而且很大程度上依赖于设计者自身的经验,缺乏统一的规范和评判标准.因此,如果可以在复杂的优化过程之前就利用某些方法(例如自动计划算法)预测出最终的计划结果,将会提高计划的设计效率和质量.该研究将对放射治疗中自动计划技术的研究进展做一综述.【期刊名称】《中国癌症杂志》【年(卷),期】2018(028)006【总页数】4页(P435-438)【关键词】逆向调强放疗;计划预测;自动计划【作者】范嘉伟【作者单位】复旦大学附属肿瘤医院放射治疗科,复旦大学上海医学院肿瘤学系,上海 200032【正文语种】中文【中图分类】R73-37近年来,随着计算机及加速器技术的迅猛发展,逆向调强放疗(intensity-modulated radiation therapy,IMRT)技术在保证靶区接收足够照射剂量的同时极大地降低了正常组织的受照剂量。
作为新兴技术,自动计划技术能够提高IMRT计划的质量和效率,已获得国内外研究者的重视。
自动计划技术是指通过某种自动化的算法或手段生成临床可接受的IMRT计划的技术。
本研究将通过回顾近年来的文献,就国内外在该领域的研究进展做一综述。
1 放射治疗自动计划研究的临床意义优质的IMRT计划需要专用的治疗计划系统(treatment planning system,TPS),也需要熟悉该系统的计划设计者不断尝试和反复修改(trial and error)。
不同的计划设计者由于自身的经验、目标函数的设置等诸多方面存在差异,对同一患者可能设计出完全不同的IMRT计划。
支持向量回归简介
支持向量回归简介人类通过学习,从已知的事实中分析、总结出规律,并且根据规律对未来的现象或无法观测的现象做出正确的预测和判断,即获得认知的推广能力。
在对智能机器的研究当中,人们也希望能够利用机器(计算机)来模拟人的良好学习能力,这就是机器学习问题。
基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面,机器学习的目的是通过对已知数据的学习,找到数据内在的相互依赖关系,从而获得对未知数据的预测和判断能力,在过去的十几年里,人工神经网络以其强大的并行处理机制、任意函数的逼近能力,学习能力以及自组织和自适应能力等在模式识别、预测和决策等领域得到了广泛的应用。
但是神经网络受到网络结构复杂性和样本复杂性的影响较大,容易出现“过学习”或低泛化能力。
特别是神经网络学习算法缺乏定量的分析与完备的理论基础支持,没有在本质上推进学习过程本质的认识。
现有机器学习方法共同的重要理论基础之一是统计学。
传统统计学研究的是样本数目趋于无穷大时的渐近理论,现有学习方法也多是基于此假设。
但在实际问题中,样本数往往是有限的,因此一些理论上很优秀的学习方法实际中表现却可能不尽人意。
与传统统计学相比, 统计学习理论(Statistical LearningTheory 或SLT ) 是一种专门研究小样本情况下机器学习规律的理论Vladimir N. Vapnik 等人从六、七十年代开始致力于此方面研究,到九十年代中期,随着其理论的不断发展和成熟[17] ,也由于神经网络等学习方法在理论上缺乏实质性进展, 统计学习理论开始受到越来越广泛的重视。
统计学习理论是建立在一套较坚实的理论基础之上的,为解决有限样本学习问题提供了一个统一的框架。
它能将很多现有方法纳入其中,有望帮助解决许多原来难以解决的问题(比如神经网络结构选择问题、局部极小点问题)等;同时, 在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法—支持向量机(Support Vector Machine 或SVM ) ,它已初步表现出很多优于已有方法的性能。
支持向量机中的模型评估指标解析
支持向量机中的模型评估指标解析支持向量机(Support Vector Machine,SVM)是一种常用的机器学习算法,广泛应用于分类和回归问题。
在使用SVM模型时,评估指标的选择和解析是至关重要的。
本文将解析支持向量机中的模型评估指标。
一、准确率(Accuracy)准确率是最常用的模型评估指标之一,它衡量了模型在所有样本中正确分类的比例。
准确率越高,模型的性能越好。
然而,准确率并不能完全反映模型的性能,特别是在数据不平衡的情况下。
当数据集中某一类样本数量较少时,模型可能会倾向于将其分类为数量较多的类别,导致准确率偏高。
因此,在某些情况下,准确率并不是一个可靠的指标。
二、精确率(Precision)和召回率(Recall)精确率和召回率是一对相互补充的指标,常用于评估二分类问题。
精确率衡量了模型在预测为正类的样本中,实际为正类的比例。
召回率衡量了模型在所有实际为正类的样本中,预测为正类的比例。
精确率和召回率的取值范围都在0到1之间,值越高表示模型的性能越好。
然而,精确率和召回率之间存在一种权衡关系。
当我们希望尽可能减少假阳性(将负类预测为正类)时,可以选择较高的精确率;而当我们希望尽可能减少假阴性(将正类预测为负类)时,可以选择较高的召回率。
因此,根据具体问题的需求,可以灵活选择精确率和召回率作为评估指标。
三、F1值F1值是精确率和召回率的调和平均值,用于综合评估模型的性能。
F1值的取值范围也在0到1之间,值越高表示模型的性能越好。
F1值综合考虑了精确率和召回率,对于不平衡数据集和分类问题来说,是一个更全面的评估指标。
四、ROC曲线和AUC值ROC曲线(Receiver Operating Characteristic Curve)是一种用于评估二分类模型性能的可视化工具。
ROC曲线的横轴表示假阳性率(False Positive Rate,FPR),纵轴表示真阳性率(True Positive Rate,TPR),即召回率。
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CODEN IEJMAT Internet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193ISSN 1538–6414B ioC hem Press Copyright © 2005io hem PressInter netFebruary 2005, Volume 4, Number 2, Pages 181–193Editor: Ovidiu IvanciucSupport Vector Regression Quantitative Structure–ActivityRelationships (QSAR) for Benzodiazepine Receptor LigandsOvidiu IvanciucSealy Center for Structural Biology, Department of Human Biological Chemistry & Genetics,University of Texas Medical Branch, Galveston, Texas 77555–0857Received: August 29, 2004; Revised: November 26, 2004; Accepted: December 4, 2004; Published: February 28, 2005 Citation of the article:O. Ivanciuc, Support Vector Regression Quantitative Structure–Activity Relationships (QSAR) for Benzodiazepine Receptor Ligands, Internet Electron. J. Mol. Des.2005,4, 181–193, .O. IvanciucInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193 B io C hem Press Inter net Journalof Molecular Design io hem Press Support Vector Regression Quantitative Structure–ActivityRelationships (QSAR) for Benzodiazepine Receptor LigandsOvidiu Ivanciuc *Sealy Center for Structural Biology, Department of Human Biological Chemistry & Genetics,University of Texas Medical Branch, Galveston, Texas 77555–0857Received: August 29, 2004; Revised: November 26, 2004; Accepted: December 4, 2004; Published: February 28, 2005Internet Electron. J. Mol. Des .2005,4 (2), 181–193AbstractSupport vector machines were developed by Vapnik as an effective algorithm for determining an optimalhyperplane to separate two classes of patterns. Comparative studies showed that support vector classification(SVC) usually gives better predictions than other classification methods. In a short period of time SVC foundsignificant applications in bioinformatics and computational biology, such as cancer diagnosis, prediction ofprotein fold, secondary structure, protein–protein interactions, and subcellular localization. Using various lossfunctions, the support vector method was extended for regression (support vector regression, SVR). SVR canhave significant applications in QSAR (quantitative structure–activity relationships) if it is able to predict betterthan other well–established QSAR models. In this study we compare QSAR models obtained with multiplelinear regression (MLR) and SVR for the benzodiazepine receptor affinity using a set of 52 pyrazolo[4,3–c ]quinolin–3–ones. Both models were developed with five structural descriptors, namely the Hammett electronicparameter V R', the molar refractivity MR R8, the Sterimol parameter L R'4', an indicator variable I (1/0) for 7–substituted compounds, and the Sterimol parameter B 5R . Extensive simulations using the dot, polynomial, radialbasis function, neural, and anova kernels show that the best predictions are obtained with the neural kernel. Theprediction power of the QSAR models was tested with complete cross–validation: leave–one–out, leave–5%–out, leave–10%–out, leave–20%–out, and leave–25%–out. While for the leave–one–out test SVR is better thanMLR (q 2LOO,MLR = 0.481, RMSE LOO,MLR = 0.82; q 2LOO,SVR = 0.511, RMSE LOO,SVR = 0.80), in the more difficulttest of leave–25%–out, MLR is better than SVR (q 2L25%O,MLR = 0.470, RMSE L25%O,MLR = 0.83; q 2L25%O,SVR =0.432, RMSE L25%O,SVR = 0.86). The results obtained in the present study indicate that SVR applications in QSARmust be compared with other models, in order to determine if their use brings any prediction improvement.Despite many over–optimistic expectations, support vector regression can overfit the data, and SVR predictionsmay be worse than those obtained with linear models.Keywords. Support vector machines; support vector regression; benzodiazepine receptor; quantitative structure–activity relationships; QSAR.1 INTRODUCTIONBenzodiazepine receptor (BzR) ligands (either benzodiazepines or structurally unrelated chemical compounds) act as modulators of the J –aminobutyric acid (GABA) binding to its receptor, by altering the transmembrane chloride ion conductance [1–4]. The interest for developing new* Correspondence author; E–mail: ovidiu_ivanciuc@.Support Vector Regression QSAR for Benzodiazepine Receptor LigandsInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193 182B ioC hem Press BzR ligands is stimulated by their ability to induce a wide spectrum of central effects, from full agonism through antagonism to inverse agonism. Full agonists have anticonvulsant, sedative, anxiolytic, amnesic effects. Full inverse agonists have proconvulsant, anxiogenic, cognition enhancement, reversal of alcohol effects. Antagonists have a selective blockade of the effects of both agonists and inverse agonists. NN NO H 67892'3'4'R R'Figure 1. General formula for the pyrazolo[4,3–c ]quinolin–3–ones 1–52.The search for BzR specific ligands resulted in the synthesis of a wide diversity of compounds, many of them structurally not related to benzodiazepine. A recent review presents quantitative structure–activity relationships (QSAR) derived from 66 sets of non–benzodiazepine BzR ligands[1]. From these data sets, we have selected a group of 52 pyrazolo[4,3–c ]quinolin–3–ones [2] (Figure 1, Table 1) to compare multiple linear regression (MLR) with a new multivariate procedure, support vector regression (SVR).Support vector machines were introduced by Vapnik [5–7] as a powerful tool for pattern classification in two classes by determining an optimal hyperplane that separates the classes [8–15]. The SVM algorithm generates a separating hypersurface in the input space that optimally separates two classes of patterns. In the first step, using various kernels that perform a nonlinear mapping, the input space is transformed into a higher dimensional feature space. Then, a maximal margin hyperplane (MMH) is computed in the feature space. MMH maximizes the distance to the hyperplane of the closest patterns from the two classes. While initially support vector machines were developed for data classification, the algorithm was extended to regression by defining alternative loss functions (quadratic, Laplace, Huber, or H –insensitive) [16–21]. SVM found interesting applications in bioinformatics and computational biology, such as for the classification of protein domain–architecture [22], brain tumor [23], cancer [24], protein class [25], cysteines[26], viral proteins [27], enzyme class [28], protein–protein interaction [29], subcellular localization[30], subcellular localization [31], membrane protein [32], and transmembrane segments [33]. The SVM applications is cheminformatics and computational chemistry are also mainly related to classification of various chemical species: odor of pyrazines [34], urine samples [35], toxicants[36], carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbons [37], cancer biomarkers [38], mutagenic compounds [39], drug–like substances [40], tea [41], fragrance [42], organophosphate nerve agentsO. IvanciucInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193[43], mechanism of toxic action [44–46].The quantitative modeling and prediction of physical, chemical and biological properties of chemical compounds is usually made with regression methods, and several support vector regression applications in cheminformatics are reported [47–49]. While SVR seems attractive for QSAR applications, the method is relatively new and few comparative studies provide support for support vector regression, in comparison with other well–established QSAR models. In this study we compare QSAR models obtained with MLR and SVR for the benzodiazepine receptor affinity using a set of 52 pyrazolo[4,3–c]quinolin–3–ones [1,2].2 MATERIALS AND METHODS2.1 Chemical DataIn a recent study, a series of 2–aryl(heteroaryl)–2,5–dihydropyrazolo[4,3–c]quinolin–3–(3H)–ones were tested as benzodiazepine receptor ligands [2]. A Hansch–type QSAR was developed for 52 compounds from this series [1], using as descriptors the following substituent indices: the Hammett electronic parameter for the substituent R', V R'; the molar refractivity for the R8 substituent, MR R8; the Sterimol parameter L for the R'4' substituent, L R'4'; an indicator variable I (1/0) for 7–substituted compounds; the Sterimol B5 parameter for the R substituent, B5R. From the large number of QSAR models for BzR ligands reported in [1] we selected this data set because it has a fairly large number of compounds, and the MLR correlation coefficient (r c al = 0.798) is not too high and might be improved by non–linear regressions if the relationship between structural descriptors and the biological activity is non–linear. The compounds from Table 1 were tested for their ability to displace [3H]–flunitrazepam binding from rate brain membranes. The structure of the chemical compounds, values for the five theoretical descriptors, and the biological activity (log 1/IC50) are presented in Table 1.2.2 Support Vector RegressionAll SVR models from the present paper were obtained with mySVM [50], which is freely available for download. Before computing the SVM model, the input vectors were scaled to zero mean and unit variance. The prediction power of the QSAR models (MLR and SVR) was tested with complete cross–validation: leave–one–out (LOO), leave–5%–out (L5%O), leave–10%–out (L10%O), leave–20%–out (L20%O), and leave–25%–out (L25%O). The capacity parameter C was optimized for each SVM model. The influence of the kernel type on the SVM performances was extensively explored using various kernels, namely the dot, polynomial, radial basis function, neural, and anova kernels. We present below the kernels and their parameters used in this study. The SVR performance is greatly influenced by the kernel type and parameters.B ioC hem Press Support Vector Regression QSAR for Benzodiazepine Receptor LigandsInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193 184B ioC hem Press Table 1. Structure of the chemical compounds (see Figure 1), theoretical descriptors (the Hammett electronic parameter V R', the molar refractivity MR R8; the Sterimol parameter L R'4'; an indicator variable I (1/0) for 7–substituted compounds; the Sterimol parameter B 5R ), and binding data for the displacement of [3H]–flunitrazepam, log 1/IC 50 [1].V R'R8R'4'5R 502H 4–Cl 0.23 0.103 3.52 0 1 9.00 3H 4–OCH 3–0.27 0.103 3.98 0 1 9.17 46–F H 0 0.103 2.06 0 1.35 8.16 56–CF 3 H 0 0.103 2.06 0 3.07 5.73 66–OCH 3 H 0 0.103 2.06 0 1 5.66 78–F H 0 0.092 2.06 0 1 9.54 88–F 3–NH 2–0.16 0.092 2.06 0 1 9.26 98–F 4–OCH 3–0.27 0.092 3.98 0 1 9.48 108–F 4–OH –0.37 0.092 2.74 0 1 9.34 118–Cl H 0 0.600 2.06 0 1 9.37 128–OCH 3 H 0 0.787 2.06 0 1 9.17 138–OC 2H 5 H 0 1.247 2.06 0 1 8.85 148–C 4H 9 H 0 1.959 2.06 0 1 9.00 158–C 4H 9 4–COOH 0.45 1.959 3.91 0 1 5.93 168–cyC 6H 11 H 0 2.669 3.91 0 1 8.35 178–cyC 6H 11 4–COOH 0.45 2.669 3.91 0 1 5.55 188–OCH 2C 6H 5 H 0 3.219 2.06 0 1 7.75 198–OCF 3 H 0 0.786 2.06 0 1 9.15 208–OCF 3 2–F 0.06 0.786 2.06 0 1 9.40 218–OCF 3 2–Cl 0.23 0.786 2.06 0 1 8.60 228–OCF 3 2–CH 3–0.17 0.786 2.06 0 1 8.47 238–OCF 3 3–Br 0.39 0.786 3.82 0 1 7.46 248–OCF 3 3–CH 3–0.07 0.786 2.87 0 1 8.20 258–OCF 3 3–Cl 0.37 0.786 3.52 0 1 7.62 268–OCF 3 3–NO 2 0.71 0.786 3.44 0 1 7.20 278–OCF 3 3–NH 2–0.16 0.786 2.78 0 1 9.62 288–OCF 3 4–Br 0.23 0.786 3.82 0 1 7.82 298–OCF 3 4–CH 3–0.17 0.786 2.87 0 1 8.79 308–OCF 3 4–Cl 0.23 0.786 3.52 0 1 7.90 318–OCF 3 4–F 0.06 0.786 2.65 0 1 9.00 328–OCF 3 4–NO 2 0.78 0.786 3.44 0 1 7.40 338–OCF 3 4–OCH 3–0.27 0.786 3.98 0 1 9.22 348–OCF 3 4–OH –0.37 0.786 2.74 0 1 9.63 359–OH H 0 0.103 2.06 0 1 9.62 369–OCH 3 H 0 0.103 2.06 0 1 8.84 376,8–F H 0 0.092 2.06 0 1.35 7.87 386,8–F 3–F 0.34 0.092 2.06 0 1.35 8.02 396,8–F 4–Br 0.23 0.092 3.82 0 1.35 6.79 406,8–F 4–OCH 3–0.27 0.092 3.98 0 1.35 8.12 416,8–F 2–pyridyl–2c –yl0.17 0.092 2.06 0 1.35 7.82 426,8–F 2–pyrimidyl–2c –yl0.53 0.092 2.06 0 1.35 6.47 437,9–Cl H 0 0.103 2.06 1 1 8.43 446,7,8–F H 0 0.092 2.06 1 1.35 7.70 456,7,8–F 4–CH 3–0.17 0.092 2.87 1 1.35 7.15 466,7,8–F 4–Cl 0.23 0.092 3.52 1 1.35 7.13 476,7,8–F 4–F 0.06 0.092 2.65 1 1.35 7.68 486,7,8–F 4–OCH 3–0.27 0.092 3.98 1 1.35 8.14 497,8,9–OCH 3 H 0 0.787 2.06 1 1 8.90 507,8,9–OCH 3 4–COOH 0.45 0.787 3.91 1 1 5.52 517,8,9–OCH 32–pyridyl–2c –yl0.17 0.787 2.06 1 1 8.50 527,8,9–OCH 3 2–pyrimidyl–2–yl 0.53 0.787 2.06 1 1 7.24O. IvanciucInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193 B io C hem Press The dot kernel. The inner product of x and y defines the dot kernel:y x y x K ),((1)The polynomial kernel. The polynomial of degree d (values 2, 3, 4, and 5) in the variables x and y defines the polynomial kernel:d y x y x K )1(),( (2)The radial kernel. The following exponential function in the variables x and y defines the radial basis function kernel, with the shape controlled by the parameter J (values 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0):)||||exp(),(2y x y x K J (3)The neural kernel. The hyperbolic tangent function in the variables x and y defines the neural kernel, with the shape controlled by the parameters a (values 0.5, 1.0, and 2.0) and b (values 0, 1, and 2):)tanh(),(b y ax y x K (4)The anova kernel. The sum of exponential functions in x and y defines the anova kernel, with the shape controlled by the parameters J (values 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0) and d (values 1, 2, and3):d i i i y x y x K ¸¹·¨©§ J ¦))(exp(),((5)3 RESULTS AND DISCUSSION3.1 Multiple Linear Regression QSARThe calibration and cross–validation results for the MLR QSAR model are presented in Eq. (6). The values in parenthesis represent the confidence interval for the MLR parameters at the 95% level. For each cross–validation experiment we present the correlation coefficient r ,q 2, and root mean square error RMSE.log 1/IC 50 = 11.538(±2.869) –2.320(±0.577) V R' –0.294(±0.073) MR R8 –0.326(±0.081) L R'4'–0.560(±0.139)I –1.795(±0.446) B 5R n = 52r cal = 0.798 RMSE cal = 0.69s cal = 0.73 F cal = 16.18r LOO = 0.721q 2LOO = 0.481 RMSE LOO = 0.82r L5%O = 0.716q 2L5%O = 0.458 RMSE L5%O = 0.84r L10%O = 0.711q 2L10%O = 0.448 RMSE L10%O = 0.85r L20%O = 0.733q 2L20%O = 0.502 RMSE L20%O = 0.81r L25%O = 0.712q 2L25%O = 0.470 RMSE L25%O = 0.83 (6)The partial correlation coefficients are: r (V R') = –0.587, r (MR R8) = –0.146, r (L R'4') = –0.262, r (I )= –0.221, r (B 5R ) = –0.403. These values show that the Hammett electronic substituent is the mostSupport Vector Regression QSAR for Benzodiazepine Receptor LigandsInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193 186B ioC hem Press important descriptor, followed by B 5 for R . All five descriptors have significant inverse correlation with log 1/IC 50, and the intercorrellation between descriptors is small, as one can see from the following matrix of intercorrellation coefficients: V R'MR R8L R'4'I B 5R V R' 1 0.20 0.13 0.05 –0.04 MR R8 0.20 1 0.16 –0.18 –0.30L R'4' 0.13 0.16 1 –0.02 –0.11I 0.05 –0.18 –0.02 1 0.09B 5R –0.04 –0.30 –0.11 0.09 1The prediction statistics will be compared with those obtained from SVR. RMSE increases from 0.69 in calibration to 0.82 for LOO, to 0.84 in L5%O, and to 0.85 in L10%O. For L20%O RMSE decreases to 0.81 and then increases to 0.83 for L25%O.Theoretically, we expect RMSE to increase and q 2 to decrease for the sequence of cross–validation experiments: LOO, L5%O, L10%O, L20%O, and L25%O. The unexpected RMSE decrease for the cross–validation experiments that have the largest perturbation of the MLR model (L20%O and L25%O) can be a result of a random improvement in the prediction for a particular set of calibration data.3.2 Support Vector Regression QSARSupport vector regression gives calibration results that greatly improve those obtained with MLR (Table 2). The highest SVR calibration correlation coefficient (0.896 vs . 0.798 for MLR) is obtained with the anova kernel in experiments 29 and 31–34. Overall, high calibration r is obtained with the anova, radial basis and polynomial (degrees 4 and 5) kernels. As expected, the dot kernel has statistics close to those of the MLR model. The neural kernel has low calibration statistics, with r between 0.699 and 0.055.As Eq. (6) indicates, the MLR model is stable in the LOO cross–validation test (r cal = 0.798 and r LOO = 0.721), with a small decrease for r , as expected. The comparison between calibration and LOO statistics for SVR shows dramatic changes for the polynomial, radial, and anova kernels (Table 2). The LOO statistics for these kernels indicate that the corresponding SVR models are not able to make reliable predictions. To have a perception of the inability of these SVR models in prediction, we consider, for each of these kernels, the experiment with maximum r cal : polynomial kernel, experiment 5, r cal = 0.895 and r LOO = – 0.294; radial kernel, experiment 10, r cal = 0.894 and r LOO = 0.452; anova kernel, experiment 31, r cal = 0.896 and r LOO = 0.176. Compared with MLR LOO results, all these three kernels have very bad prediction statistics (r LOO ,q 2LOO , and RMSE LOO ).These results are important, because they indicate that the SVR models can easily overfit the data, and a significant effort should be invested in evaluating the prediction ability of different kernels. The LOO results for the dot kernel (r LOO = 0.668) are slightly worse than those obtained with MLR,O. IvanciucInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193but they significantly outperform the polynomial, radial, and anova kernels. The LOO prediction results for the neural kernel are also worse than the MLR predictions, with the exception of those obtained in the experiment 11 (r LOO = 0.740, q2LOO = 0.511, and RMSE LOO = 0.80). These results are slightly better than those from MLR LOO (r LOO = 0.721, q2LOO = 0.481, and RMSE LOO = 0.82), but we have to consider that this SVR model is the only one, from the set of 34 experiments, that outperforms the MLR QSAR.Table 2. Kernel type and corresponding parameters for each experiment (Exp), calibration statistics (r cal and RMSE cal) and leave–one–out statistics (r LOO,q2LOO, and RMSE LOO). Five kernels were tested: dot D; polynomial P (parameter: degree d); radial basis function R (parameter: J); neural N (parameters: a and b); anova A (parameters: J and d).Exp Kernel r cal RMSE cal r LOO q2LOO RMSE LOO1 D 0.793 0.72 0.668 0.275 0.972 P 2 0.837 0.64 –0.267 <–100 >103 P 3 0.876 0.58 –0.287 <–100 >104 P 4 0.894 0.52 –0.295 <–100 >105 P 5 0.895 0.52 –0.294 <–100 >106 R 0.25 0.885 0.54 0.651 0.348 0.927 R 0.5 0.889 0.53 0.609 0.302 0.958 R 1.0 0.893 0.52 0.527 0.221 1.019 R 1.5 0.894 0.52 0.497 0.214 1.0110 R 2.0 0.894 0.52 0.452 0.174 1.0411 N 0.5 0.0 0.690 0.85 0.740 0.511 0.8012 N 1.0 0.0 0.596 0.94 0.618 0.355 0.9213 N 2.0 0.0 0.654 0.90 0.636 0.379 0.9014 N 0.5 1.0 0.612 0.93 0.581 0.333 0.9315 N 1.0 1.0 0.676 0.86 0.678 0.413 0.8716 N 2.0 1.0 0.684 0.88 0.498 0.197 1.0217 N 0.5 2.0 0.236 1.11 0.453 0.197 1.0218 N 1.0 2.0 0.055 1.76 0.292 –0.062 1.1719 N 2.0 2.0 0.699 0.91 0.645 0.358 0.9120 A 0.25 1 0.822 0.66 0.656 0.389 0.8921 A 0.5 1 0.841 0.63 0.639 0.332 0.9322 A 1.0 1 0.861 0.59 0.699 0.428 0.8623 A 1.5 1 0.863 0.59 0.652 0.326 0.9424 A 2.0 1 0.868 0.58 0.635 0.286 0.9625 A 0.25 2 0.886 0.54 0.258 –2.017 1.9826 A 0.5 2 0.894 0.52 0.238 –1.728 1.8827 A 1.0 2 0.895 0.52 0.298 –0.672 1.4728 A 1.5 2 0.895 0.52 0.385 –0.285 1.2929 A 2.0 2 0.896 0.52 0.444 –0.098 1.1930 A 0.25 3 0.895 0.52 0.168 –3.567 2.4431 A 0.5 3 0.896 0.52 0.176 –1.466 1.7932 A 1.0 3 0.896 0.52 0.371 –0.127 1.2133 A 1.5 3 0.896 0.52 0.422 –0.010 1.1534 A 2.0 3 0.896 0.52 0.449 0.024 1.13In Tables 3 and 4 we present the SVR cross–validation results obtained for the L5%O, L10%O, L20%O, and L25%O tests. The cross–validation sets of compounds are identical for MLR and SVR, which is convenient for the comparison of the statistical indices. For the L5%O test, the evaluation is made with the MLR results: r L5%O = 0.716, q2L5%O = 0.458, and RMSE L5%O = 0.84. The results from Table 3 indicate that, by far, the predictions of the polynomial kernel are the worst. An uneven performance is identified for the anova kernel, with reasonable predictions forB ioC hem Press Support Vector Regression QSAR for Benzodiazepine Receptor LigandsInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193experiments 20–24, and then with large errors for experiments 25–34. The best prediction with an anova kernel is obtained in experiment 22, with r L5%O = 0.689, q2L5%O = 0.398, and RMSE L5%O = 0.88. The results of the radial kernel show a decrease quality in going from experiment 6 to experiment 10, with the best prediction for experiment 6:r L5%O = 0.665, q2L5%O = 0.368, and RMSE L5%O = 0.91. These results are slightly lower than those of the best anova kernel, but also slightly better than those of the dot kernel: r L5%O = 0.667, q2L5%O = 0.261, and RMSE L5%O = 0.98. The predictions of the neural kernel span also a large range, with the best results obtained in experiment 11: r L5%O = 0.696, q2L5%O = 0.453, and RMSE L5%O = 0.84. This is the best SVR prediction, and it is very close to the MLR results for the L5%O test. Despite the complexity of the SVR algorithm, its predictive power in the L5%O test is not even equal to the predictions obtained with the classical MLR model. The prediction quality varies widely with the kernel type and parameters, which makes very difficult and time consuming the identification of a best SVR model.Table 3. Support vector regression statistics for leave–5%–out (r L5%O,q2L5%O, and RMSE L5%O) and leave–10%–out (r L10%O,q2L10%O, and RMSE L10%O) cross–validation testsExp Kernel r L5%O q2L5%O RMSE L5%O r L10%O q2L10%O RMSE L10%O1 D 0.667 0.261 0.98 0.672 0.273 0.972 P –0.270 <–100 >10 –0.265 <–100 >103 P –0.290 <–100 >10 –0.291 <–100 >104 P –0.297 <–100 >10 –0.300 <–100 >105 P –0.301 <–100 >10 –0.300 <–100 >106 R 0.665 0.368 0.91 0.676 0.370 0.917 R 0.591 0.226 1.00 0.636 0.324 0.948 R 0.538 0.221 1.01 0.590 0.310 0.959 R 0.519 0.236 1.00 0.535 0.258 0.9810 R 0.483 0.208 1.01 0.481 0.205 1.0211 N 0.696 0.453 0.84 0.729 0.498 0.8112 N 0.665 0.416 0.87 0.659 0.411 0.8713 N 0.651 0.396 0.89 0.653 0.394 0.8914 N 0.391 0.070 1.10 0.446 0.120 1.0715 N 0.641 0.389 0.89 0.145 –21.114 5.3616 N 0.562 0.297 0.96 0.596 0.348 0.9217 N 0.236 –0.365 1.33 0.187 –0.405 1.3518 N 0.358 0.106 1.08 0.505 0.243 0.9919 N 0.634 0.345 0.92 0.649 0.376 0.9020 A 0.660 0.397 0.89 0.652 0.377 0.9021 A 0.635 0.324 0.94 0.644 0.331 0.9322 A 0.689 0.398 0.88 0.690 0.412 0.8723 A 0.645 0.299 0.95 0.670 0.374 0.9024 A 0.641 0.293 0.96 0.653 0.339 0.9325 A 0.305 –1.289 1.73 0.446 –0.921 1.5826 A 0.238 –1.375 1.76 0.367 –0.873 1.5627 A 0.304 –0.606 1.44 0.306 –0.465 1.3828 A 0.401 –0.241 1.27 0.385 –0.195 1.2529 A 0.455 –0.071 1.18 0.438 –0.060 1.1730 A 0.125 –2.998 2.28 0.238 –1.934 1.9531 A 0.181 –1.282 1.72 0.221 –0.983 1.6132 A 0.406 –0.060 1.17 0.375 –0.094 1.1933 A 0.447 0.060 1.11 0.356 –0.097 1.1934 A 0.434 –0.062 1.18 0.394 –0.073 1.18188B ioC hem Press O. IvanciucInternet Electronic Journal of Molecular Design 2005,4, 181–193Table 4. Support vector regression statistics for leave–20%–out (r L20%O,q2L20%O, and RMSE L20%O) and leave–25%–out (r L25%O,q2L25%O, and RMSE L25%O) cross–validation testsExp Kernel r L20%O q2L20%O RMSE L20%O r L25%O q2L25%O RMSE L25%O2 P –0.277 <–100 >10 0.332 <–100 >103 P –0.288 <–100 >10 –0.297 <–100 >104 P –0.313 <–100 >10 0.289 <–100 >105 P –0.302 <–100 >10 0.298 <–100 >106 R 0.633 0.317 0.94 0.680 0.344 0.927 R 0.568 0.188 1.03 0.638 0.282 0.978 R 0.558 0.261 0.98 0.604 0.352 0.929 R 0.529 0.249 0.99 0.516 0.259 0.9810 R 0.487 0.211 1.01 0.443 0.189 1.0311 N 0.695 0.450 0.85 0.666 0.431 0.8612 N 0.670 0.418 0.87 0.691 0.432 0.8613 N 0.644 0.386 0.89 0.644 0.396 0.8914 N 0.340 –0.019 1.15 0.548 0.292 0.9615 N 0.686 0.439 0.85 0.640 0.392 0.8916 N 0.598 0.355 0.92 0.497 0.210 1.0117 N –0.243 –123.006 12.70 0.408 0.107 1.0818 N 0.429 0.166 1.04 0.335 0.050 1.1119 N 0.634 0.363 0.91 0.636 0.368 0.9120 A 0.678 0.413 0.87 0.660 0.277 0.9721 A 0.678 0.390 0.89 0.641 0.116 1.0722 A 0.698 0.386 0.89 0.653 0.220 1.0123 A 0.646 0.195 1.02 0.656 0.340 0.9324 A 0.632 0.155 1.05 0.675 0.376 0.9025 A 0.415 –0.543 1.42 0.291 –2.497 2.1326 A 0.401 –0.509 1.40 0.321 –1.072 1.6427 A 0.444 –0.068 1.18 0.421 –0.311 1.3128 A 0.466 0.023 1.13 0.477 –0.032 1.1629 A 0.484 0.076 1.10 0.505 0.067 1.1030 A 0.415 –0.619 1.45 0.176 –3.121 2.3131 A 0.440 –0.149 1.22 0.297 –0.983 1.6132 A 0.302 –0.418 1.36 0.365 –0.555 1.4233 A 0.305 –0.368 1.33 0.419 –0.163 1.2334 A 0.315 –0.303 1.30 0.501 0.148 1.05The trend identified in the L5%O test is also apparent from the prediction results for the L10%O, L20%O, and L25%O tests (Tables 3 and 4). Consistently, the worst predictions are obtained with the polynomial kernel, while the dot kernel is more robust, with RMSE between 0.97 and 1.03. The anova kernel gives predictions with a large range of variation. Typically, experiments 20–24 have acceptable statistics, while the predictions from experiments 25–34 are bad. The SVR models with radial kernel show a constant decrease of prediction quality from experiment 6 to experiment 10. Similarly with the LOO and L5%O, experiment 11 (representing an SVR with neural kernel) has the best prediction statistics among all 34 SVR models for L10%O and L20%O, while for L25%O the best results are obtained in the experiment 12, also with a neural kernel. Overall, the predictions obtained with the neural kernel fluctuate, and some unexpected bad predictions are obtained (L10%O, experiment 15; L20%O, experiment 17).It is interesting to compare the best SVR model with the corresponding MLR prediction. For L10%O, SVR has slightly better prediction statistics: MLR, r L10%O = 0.711, q2L10%O = 0.448, andB ioC hem Press RMSE L10%O = 0.85; SVR, neural kernel, experiment 11, r L10%O = 0.729, q2L10%O = 0.498, and RMSE L10%O = 0.81. For L20%O, MLR has better prediction statistics: MLR, r L20%O = 0.733, q2L20%O = 0.502, and RMSE L20%O = 0.81; SVR, neural kernel, experiment 11, r L20%O = 0.695, q2L20%O = 0.450, and RMSE L20%O = 0.85. The same situation is found for the L25%O test: MLR, r L25%O = 0.712, q2L25%O = 0.470, and RMSE L25%O = 0.83; SVR, neural kernel, experiment 12, r L25%O = 0.691, q2L25%O = 0.432, and RMSE L25%O = 0.86.The five prediction tests show that the SVR QSAR is not able to outperform the simple MLR model for the QSAR example considered in this study. SVR models with the neural kernel have slightly better predictions than MLR for LOO and L10%O, while MLR is better for L5%O, L20%O, and L25%O. Our results indicate that for more difficult prediction tests MLR is more reliable than SVR.4 CONCLUSIONSConsidering the good performances of the support vector machines in classification, it is expected that support vector regression would be a reliable model for QSAR applications. While support vector classification was tested for a large number of bioinformatics and cheminformatics problems, SVR is relatively new and extensive comparative studies are necessary in order to evaluate this new QSAR model. In this study we compared MLR and SVR QSAR models for the benzodiazepine receptor affinity of 52 2–aryl(heteroaryl)–2,5–dihydropyrazolo[4,3–c]quinolin–3–(3H)–ones [1,2]. Both models were developed with five structural descriptors, namely the Hammett electronic parameter V R', the molar refractivity MR R8, the Sterimol parameter L R'4', an indicator variable I (1/0) for 7–substituted compounds, and the Sterimol parameter B5R.The SVR prediction power depends on the kernel type and the parameters that control the kernel shape. For the moment there are no clear rules on selecting the most predictive kernel, and as a result we explored a group of 34 SVR experiments obtained with five kernels, namely the dot, polynomial, radial basis function, neural, and anova kernels. The QSAR models were tested with complete cross–validation: leave–one–out, leave–5%–out, leave–10%–out, leave–20%–out, and leave–25%–out.The results obtained for the set of 52 benzodiazepine receptor ligands show that SVR QSAR models have lower prediction statistics than the MLR model, as measured in k–fold cross–validation tests, especially for 5–fold (L20%O) and 4–fold (L25%O) cross–validation. While the calibration SVR models obtained with the polynomial, radial, and anova kernels are better than the MLR QSAR, the cross–validation statistics for these kernels are much lower than the corresponding MLR cross–validation statistics. As expected, the dot kernel gives prediction statistics slightly lower than the MLR results. The neural kernel has low calibration statistics (r cal= 0.690 and。