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문제 5 · 확률적 생성 모델 (결정 경계)

문제 5 [6점]

이진 분류(k=1,2)에서 데이터 x의 조건부 밀도가 다음과 같이 주어졌다. 이 때, 결정 경계 p(C1x)를 구하시오. Z는 임의의 0이 아닌 상수이다.

p(xCk)=1Zexp{12(xμk)Σk1(xμk)}
풀이 및 해설

사후확률을 로지스틱 시그모이드로 정리한다.

p(C1x)=p(xC1)p(C1)p(xC1)p(C1)+p(xC2)p(C2)=σ(a),σ(a)=11+ea

여기서

a=lnp(xC1)p(C1)p(xC2)p(C2)

두 밀도의 정규화 상수 Z가 같으므로 상쇄되고, 지수부만 남는다.

a=12(xμ1)Σ11(xμ1)+12(xμ2)Σ21(xμ2)+lnp(C1)p(C2) p(C1x)=σ(a) 

경계의 형태 — 결정 경계는 p(C1x)=12, 즉 a=0이다.

  • Σ1Σ2이면 ax(Σ11Σ21)x 형태의 이차항이 남아 경계가 곡선(비선형, QDA) 이 된다.
  • Σ1=Σ2=Σ이면 이차항이 상쇄되어
a=wx+w0,w=Σ1(μ1μ2),w0=12μ1Σ1μ1+12μ2Σ1μ2+lnp(C1)p(C2)

가 되어 p(C1x)=σ(wx+w0)선형 경계(LDA) 로 단순화된다.

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