【AI知识】距离度量和相似性度量的常见算法
本文介绍一些AI中常见的距离度量和相似性度量算法：
1. 欧几里得距离（Euclidean Distance）
欧几里得距离是最常见的距离度量方法，用来计算两个向量之间的“直线距离”，也被成为L2范数。
公式如下，其中 x x x 和 y y y 是两个n维向量， x i x_i xi 和 y i y_i yi 分别是它们的第 i i i 个分量。
应用示例： 在图像识别或聚类算法（如K-Means）中，欧几里得距离常用于度量数据点之间的相似性。
2. 曼哈顿距离（Manhattan Distance）
曼哈顿距离也称为“L1距离”或“城市街区距离”，它是两个向量之间的绝对坐标差值之和。
应用示例： 在图像处理中，可以将图像的像素值表示为向量，通过计算不同图像像素向量之间的曼哈顿距离，衡量图像的相似性。
3. 余弦相似度（Cosine Similarity）
余弦相似度衡量的是两个向量之间的夹角余弦值，用于评估两个向量在方向上的相似性。
公式如下，其中 x ⋅ y x \cdot y x⋅y 表示向量的点积， ∥ x ∥ ∥x∥ ∥x∥ 和 ∥ y ∥ ∥y∥ ∥y∥ 是向量的范数（有L1范数，即曼哈顿距离，L2范数，即欧几里得距离），（即向量的长度）。计算出的余弦相似性值介于 [−1,1] 之间，值越接近1，两个向量的方向越相似，值越接近-1，则表示两个向量的方向越相反，值为0则表示它们是正交的（即完全不相似）。
应用示例： 在自然语言处理（NLP）中，将文本表示为词向量，通过计算不同文本向量之间的余弦相似度，可衡量文本的语义相似性。
4. 闵可夫斯基距离（Minkowski Distance）
闵可夫斯基距离是欧几里得距离和曼哈顿距离的广义形式，参数 p p p 控制距离计算的形式。当 p = 1 p=1 p=1 时，它是曼哈顿距离；当 p = 2 p=2 p=2 时，它是欧几里得距离。
应用示例： 闵可夫斯基距离在需要调整距离度量灵活性时使用广泛。
5. 切比雪夫距离（Chebyshev Distance）
切比雪夫距离是向量分量之间最大差值的度量，用于衡量两个向量在一个维度上的最大变化。
应用示例： 切比雪夫距离常用于棋盘上棋子的移动问题（如国际象棋中的国王），因为它考虑的是最大一步距离。
6. 马氏距离（Mahalanobis Distance）
马氏距离（Mahalanobis Distance）是一种距离的度量，可以看作是欧氏距离的一种修正，它考虑了各个维度的不同尺度，还考虑了数据的相关性，即协方差结构。
- 一个点和总体数据集之间的马氏距离：
- 两个点之间的马氏距离：
应用示例： 马氏距离在异常检测和聚类算法中使用，特别是在数据具有不同尺度和相关性的情况下。
7. 汉明距离（Hamming Distance）
汉明距离用于计算两个等长向量（通常是二进制向量）中不相同位置的个数。
其中， I ( x i ≠ y i ) I(x_i \neq y_i) I(xi=yi)为指示函数，当 x i x_i xi 和 y i y_i yi 不相等时值为1，否则为0。
应用示例： 汉明距离常用于衡量两个字符串或二进制序列之间的差异，广泛用于纠错码和信息编码中。
8. Jaccard系数（Jaccard Index）
Jaccard系数（Jaccard Index）是衡量两个集合相似性的一种常用指标。它的定义是两个集合交集的大小与两个集合并集的大小之比。Jaccard系数的值范围从0到1，0表示完全不相似，1表示完全相似。
应用示例： 在自然语言处理和信息检索中，Jaccard系数常用于比较文档的相似性，尤其是在处理词袋模型（Bag of Words）时。
9.什么是点积？
点积（dot product），也叫内积（inner product），是两个向量之间的一种运算，通常用于衡量两个向量的相似性或相关性。
点积的定义：
点积的几何解释：
应用示例： 在机器学习和自然语言处理中，点积常用于衡量向量之间的相似性，尤其是在计算余弦相似度时。两个向量越相似，它们的点积越大。