<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">18000</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.018000</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Fast Small-Sample Modeling Method for Precision Inertial Systems Fault Prediction and Quantitative Anomaly Measurement</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">A Fast Small-Sample Modeling Method for Precision Inertial Systems Fault Prediction and Quantitative Anomaly Measurement</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">A Fast Small-Sample Modeling Method for Precision Inertial Systems Fault Prediction and Quantitative Anomaly Measurement</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Wang</surname><given-names>Hongqiao</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref><email>ep.hqwang@gmail.com</email>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Cai</surname><given-names>Yanning</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Xi&#x0027;an Research Institute of High-Tech</institution>, <addr-line>Xi&#x0027;an, 710025</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Northwest University of Politics and Law</institution>, <addr-line>Xi&#x0027;an, 710122</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Hongqiao Wang. Email: <email>ep.hqwang@gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2021-11-24"><day>24</day>
<month>11</month>
<year>2021</year></pub-date>
<volume>130</volume>
<issue>1</issue>
<fpage>187</fpage>
<lpage>203</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>21</day><month>6</month><year>2021</year></date>
<date date-type="accepted"><day>29</day><month>7</month><year>2021</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Wang et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Wang et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_18000.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>Inertial system platforms are a kind of important precision devices, which have the characteristics of difficult acquisition for state data and small sample scale. Focusing on the model optimization for data-driven fault state prediction and quantitative degree measurement, a fast small-sample supersphere one-class SVM modeling method using support vectors pre-selection is systematically studied in this paper. By theorem-proving the irrelevance between the model&#x0027;s learning result and the non-support vectors (NSVs), the distribution characters of the support vectors are analyzed. On this basis, a modeling method with selected samples having specific geometry character from the training sets is also proposed. The method can remarkably eliminate the NSVs and improve the algorithm&#x0027;s efficiency. The experimental results testify that the scale of training samples and the modeling time consumption both give a sharply decrease using the support vectors pre-selection method. The experimental results on inertial devices also show good fault prediction capability and effectiveness of quantitative anomaly measurement.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Fault prediction</kwd>
<kwd>anomaly measurement</kwd>
<kwd>precision inertial devices</kwd>
<kwd>support vector pre-selection</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>As the emerging growth of demand for systems&#x2019; health monitoring and reliability estimation, the fault diagnosis and prediction problems have become a research focus at present [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>]. To realize the full-process heath management of system, the data collection, real-time detection, state measurement, modeling, prediction and anomaly evaluation have become more and more important, especially for some precision devices and complex systems requiring high reliability [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>]. Inertial system platforms are a kind of important precision devices used in many industrial fields, such as navigation, guidance and aerospace, which have the characteristics of difficult acquisition for state data and small sample scale, so the fault trend of the devices should be discovered as early as possible based on the limited data samples to prevent the occurrence of serious damages to the whole system. The fault state of system is actually an abnormal phenomena deviating from the normal state, so the early warning of fault may be realized by novelty recognition before the fault completely occurs [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. The concrete method based on this idea is as follows: build the system&#x0027;s normal working state space directly using the system&#x0027;s normal features, and recognize the novel samples by detecting whether the deviation from the normal features is existed.</p>
<p>For system fault diagnosis and prediction problems using data-driven methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>], one-class SVM (OCSVM) is a typical classification tool, which can identify the known object class(normal sample) and the unknown object class(novel sample). As a popular method, a lot of improved OCSVM algorithms are studied. For example, FernaNdez-Francos et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] presented a &#x03C5;-SVM based OCSVM. Amer et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] proposed an enhanced OCSVM for unsupervised method of anomaly detecting. Yin et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>] and Xiao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] studied the robust OCSVM algorithms. Yan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] introduced the OCSVM algorithm to fault prediction in the online condition. Huang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] combined the wavelet T-F entropy and OCSVM, and applied the method to mechanical system fault prediction. In addition, the one-class classification and the learning algorithms are suitable for data-driven modeling of black-box problems, especially for some pattern recognition applications [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. In the past few years, the OCSVM methods are also used for faults detection, identification and diagnosis [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. To detect the novelty sample effectively, Yi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] presented a supervised novelty detection SVM, which is extended from OCSVM and has a fast learning speed. Miao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] presented a distributed model and its online learning method with OCSVM for anomaly finding. Moreover, although most of the OCSVMs are applied for the classification fields, Bhland et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>] extended the model to the regression modeling and automated design process. As another data-driven modeling method, the extreme learning machine model is also introduced to the prediction application field [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>]. With the widespread utilization of deep learning, the idea of OCSVM is also applied in some deep neural networks. For example, by means of the combination of OCSVM and deep neural networks [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>], the deep OCSVM algorithm is proposed [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], the one-class convolutional neural network and its applications are also studied [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. Moreover, by introducing the idea of the adversarial learning, some one-class classification and the anomaly detection methods are proposed based the adversarial framework [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]. Considering the small sample scale and the online monitoring conditions of precision inertial devices fault prediction, the training samples&#x2019; scale for modeling is too small and the training speed is too fast for all of the deep neural network models. As a result, the deep learning methods are not the ideal solutions in this application situation.</p>
<p>The OCSVM model has good sparseness, namely, the specific form of the model is only decided by part of the samples in the training set, namely the support vectors (SVs). Even so, the modeling efficiency is still greatly decreased as the calculation of a large number of NSVs in the model optimization process. To enhance the modeling efficiency of the fault diagnosis and prediction applications, a synthetical method using SV pre-selection is proposed aiming at the precision inertial device fault prediction in the small sample condition, which realizes data-driven fault diagnosis, state prediction, anomaly detection and quantitative measurement. Considering an OCSVM model, the distribution characteristics of the support vectors in the high dimensional space from are analyzed, respectively. On this basis, a modeling method with the samples owning some geometry characters selected from the training set is also executed. The fault prediction efficiency can be greatly improved using the pre-selection of the non-support-vector samples in the condition of having no effect on the fault prediction capability of OCSVM.</p>
<p>In the remainder of this paper, the sections are organized as follows: in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, the OCSVM method in fault prediction field and the supersphere models for OCSVM are introduced. The support vector pre-selection method for the supersphere model is studied detailedly in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, the number calculation of pre-selected samples and the algorithm&#x0027;s complexity are also analysed. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, the fault prediction and quantitative anomaly measurement using SV pre-selection OCSVM is studied. Several experiments and result analysis are carried out in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>. Finally, we conclude in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>Supersphere Models for OCSVM</title>
<sec id="s2_1"><label>2.1</label><title>OCSVM Method in Fault Prediction Field</title>
<p>Suppose the system&#x0027;s state can be represented with a d-dimensional variable <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Let the sample set collected from the normal working state is <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>. With the generation of new sample <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it is necessary to judge if the sample indicate the existence of the fault trend. The sample has the characteristic of non-output and unlabeled in the above mentioned problem. The key point of the problem lies in how to build the fault prediction model based on the sample set <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In this fault prediction condition, the samples representing the system normal working state are seemed as samples in the target class, and the target class samples commonly have the similar distribution in the feature space. Correspondingly, the samples representing the system anomaly working state belong to the non-target class, which have a scattering distribution, so the one-class target information can be regard as the main information source. Unlike the general supervised classification with two values, this classification method can be seemed as the semi-supervised classification. Through the above analysis, it can be concluded that the OCSVM model can be used for fault prediction problems.</p>
<p>In the research field of SVM, the OCSVM is first introduced from Sch&#x00F6;lkopf in 1999, which is originally applied to probability density estimation of functions. The main thought of the method is: suppose a dataset in the given input space <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given, and it satisfies a distribution with probability <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We hope to find a simple data sub-set <italic>S</italic> in the input space and approximate the distribution, subject to the probability, that the sample with the <italic>P</italic> distribution falling into the outside of <italic>S</italic>, satisfies a certain given probability <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) . The OCSVM is an extension of the standard SVM, which has two realization approaches. We will introduce the main thought of the methods in the following subsections.</p>
</sec>
<sec id="s2_2"><label>2.2</label><title>Supersphere Model of OCSVM</title>
<p>The form of training samples on the supersphere model of OCSVM is <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. To build the supersphere model, we firstly should map the samples to a new feature space with a nonlinear mapping function <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Secondly, seeking for a minimum sphere with the center <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>and the radius <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>in the new space, which can contain all the samples. For some sample points, some error may exist, we can introduce the <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the control variables. At the same time, the calculation of inner product in the new space could conveniently be substituted by the kernel functions satisfying the Mercer conditions. Namely, find a kernel function <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and let <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, as a result, the optimization problem is
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>In (1), <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> plays a compromise role between the radius of the supersphere and the training samples&#x2019; number containing in the sphere. The slack factors can guarantee that more training samples are containing in the supersphere as far as possible under the condition of the supersphere is maximally compressed. To calculate the center <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the radius <italic>R</italic>, formula <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> can be transformed into its dual form <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">(2)</xref>, the deduce process is
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Solve the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">(2)</xref>, it can be found that most of the <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are 0, for the <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> unequal to 0, the corresponding samples are still called support vectors, and the form of the supersphere is only decided by support vectors. We may analysis the relative location relationship of the sample between the high-dimensional space and the supersphere based on the different values of <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to the following three situations:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1)</label><p>If <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, it means that <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>][</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>]</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>{\rm T}</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, namely <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a boundary sample, and locates at the surface of the supersphere as a support vector.</p></list-item>
<list-item><label>2)</label><p>If <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, it means that <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>][</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>]</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>{\rm T}</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, namely <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not a boundary sample, and locates outside of the supersphere as a non-support vector.</p></list-item>
<list-item><label>3)</label><p>If <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it means that <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:mtext>[</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>][</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>(</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>]</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>{\rm T}</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, namely <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> locates inside of the supersphere as a non-support vector.</p></list-item>
</list></p>
<p>Let <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a set of support vectors, and <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the support vectors&#x2019; number, the center of the obtained supersphere is <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. According to the KKT condition, for the sample <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponding to <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, we can get
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
As a result, the radius <italic>R</italic> can be obtained. For a new sample <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="3pt" columnspacing="0 thickmathspace" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>If <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we can conclude that <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is normal point, if not, <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a novel point.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Sample Set Optimization for the Supersphere Model</title>
<p>The OCSVM model is sparse, namely the decision form of the supersphere is only depend on the support vectors, so the algorithm&#x0027;s complexity may be reduced through simplifying the training set, which is similar to the two-class model of SVM. It also can be found that the probability distribution of the SVs in the high-dimensional mapping space has some characteristics, which provides possibility for the SV pre-selection. Now, we&#x0027;ll discuss how to realize the support vectors pre-selection from the training sample set, namely the sample set optimization, and how to improve the training efficiency of OCSVM.</p>
<p><bold>Definition 1:</bold> Suppose a sample set <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> is known, let the mapping form to the high-dimension feature space is <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the central point of the feature space is <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, so <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a form as
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><bold>Definition 2:</bold> Suppose two sample points <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>and<inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>are known, the vectors from the original point to the two sample points are 
respectively <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Let the included angle of the two vectors in the high-dimensional space is <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, its form is
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arccos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><bold>Definition 3:</bold> Suppose two sample points <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> are known, let the distance of these two points is <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the form is
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:msqrt></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><bold>Definition 4:</bold> If the sample points <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> are mapping to the feature space with <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the distance of the two points in the feature space satisfies <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref>, which implies the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eq. (7)</xref>.
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<sec id="s3_1"><label>3.1</label><title>Support Vector Pre-Selection Method for the Supersphere Model</title>
<p><bold>Theorem 1:</bold> Suppose the training sample set is <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, according to the <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref>, the supersphere model can be constructed, and the optimal solution of the supersphere is <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The samples with the non-zero Lagrange multipliers are selected from <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with which we can obtain new sets <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;2,</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. If the kernel function and model parameters are all the same, and suppose the optimal solution of the supersphere based on <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be concluded that <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> Let the numbers of element in <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are both <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the optimal solution is <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Set the optimization problem based on <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>and the optimization problem based on <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>If <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is extended to <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the relationship <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2209;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it can be obviously find that <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, so <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the feasible solution of <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the optimal solution of <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be concluded that <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, because
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>In summary, <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. It is obvious that <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the feasible solution of <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the optimal solution of <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then we have <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, as a result, <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Considering the uniqueness of the optimal solution of <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be concluded that <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>From <bold>Theorem 1</bold>, it can be concluded that the trained supersphere model won&#x0027;t be damaged if the NSVs are removed. The support vector pre-selection principle of the supersphere model is shown as <?A3B2 "fig1",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>. In the figure, there are five sample points <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x223C;</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Based on the construction principle of supersphere, we can know that <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x223C;</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are non-support-vectors, <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are support vectors. Let the central point of the sample set is <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can easily find that the sample points <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which are far away from <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, are more likely becoming the support vectors.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>Support vector pre-selection principle of the supersphere model</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-1.png"/></fig>
<p>Through the above analysis, we can conclude the supersphere model&#x0027;s support vector pre-selection algorithm as the following 3 steps:
<list list-type="simple">
<list-item><label></label><p><bold>Step 1:</bold> For a given sample set <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, calculate the sphere center <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> based on the <bold>Definition 1</bold>.</p></list-item>
<list-item><label></label><p><bold>Step 2:</bold> Considering <bold>Definition 3</bold>, the square of distance from the sample <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the high-dimensional space is
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true" maxsize="2.047em" minsize="2.047em">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msup><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true" maxsize="2.047em" minsize="2.047em">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p></list-item>
</list>
As <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is a constant, to reduce the calculation amount, only the former twoitems are considered.
<list list-type="simple">
<list-item><label></label><p><bold>Step 3:</bold> For each sample point <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, calculate <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
</p></list-item>
</list>
and update the training set through the selection of the bigger <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_2"><label>3.2</label><title>Number Calculation of Pre-Selected Samples</title>
<p>In the SV pre-selection process of the supersphere model, the number of pre-selected SVs is an important value to be calculated. Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref>, it can be find that <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> subjects to <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;= 1</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Considering the SVs, set <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which means the SV number is <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula>. With regard to the NSVs, set <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as a result, it can be easily concluded as <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">(15)</xref>
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></disp-formula>
Then, from the relationship of values between <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, it can be find that
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>From the above-mentioned equations, we can conclude that the total SVs number of the supersphere OCSVM algorithm is <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> at least, which also decides the number of pre-selected samples. About how to calculate and obtain the pre-selected samples, the process is: Firstly, rank the set of <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> by the result of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref> using a descending order. Secondly, select <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> corresponding samples from the training set based on the former <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> elements in the rank set, and set the value with <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>th element. Thirdly, compare and calculate the value of difference between the latter element in the rank set and <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> successively. If the calculated value is <italic>m</italic>, the threshold is <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and they satisfy <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, select the corresponding sample as a SV.</p>
<p>From the above-mentioned equations, we can conclude that the total SVs number of the supersphere OCSVM algorithm is <inline-formula id="ieqn-124a"><mml:math id="mml-ieqn-124a"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> at least, which also decides the number of pre-selected samples. About how to calculate and obtain the pre-selected samples, the process is: Firstly, rank the set of <inline-formula id="ieqn-125a"><mml:math id="mml-ieqn-125a"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> by the result of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref> using a descending order. Secondly, select <inline-formula id="ieqn-126a"><mml:math id="mml-ieqn-126a"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> corresponding samples from the training set based on the former <inline-formula id="ieqn-127a"><mml:math id="mml-ieqn-127a"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> elements in the rank set, and set the value with <inline-formula id="ieqn-128a"><mml:math id="mml-ieqn-128a"><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the <inline-formula id="ieqn-129a"><mml:math id="mml-ieqn-129a"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>th element. Thirdly, compare and calculate the value of difference between the latter element in the rank set and <inline-formula id="ieqn-130a"><mml:math id="mml-ieqn-130a"><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> successively. If the calculated value is <italic>m</italic>, the threshold is <inline-formula id="ieqn-131a"><mml:math id="mml-ieqn-131a"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and they satisfy <inline-formula id="ieqn-132a"><mml:math id="mml-ieqn-132a"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, select the corresponding sample as a SV.</p>
</sec>
<sec id="s3_3"><label>3.3</label><title>Complexity Analysis of Algorithm</title>
<p>The essence of the supersphere model construction is to solve the quadratic programming problem, the problem scale and the solving efficiency are related to the samples&#x2019; number in training set. The calculation complexity is the cubic of the summation of samples when the traditional quadratic programming is executed. The algorithm&#x0027;s space complexity is primarily decided by the storage of kernel function matrix. Let the sample number of the supersphere is <italic>l</italic>, we can find that the space complexity is <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for the storage of kernel function matrix, and the time complexity for model optimization is <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. There are two steps in the supersphere algorithm based on the support vector pre-selection: 1) Pre-select <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> support vectors from the training set with <italic>l</italic> samples, this operation has a space complexity of <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, namely two vectors which can contain <italic>l</italic> items are required. One vector is used for the storage of the intermediate result on <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> in (8) and (14), the other one is used for storage of the values of <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The time complexity of this step is <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which is from the sorting of <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. 2) Execute the optimization problem on the base of support vector set and build a model. For kernel function matrix, the space complexity is <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the complexity of time consumption for model optimization is <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in this step. As the set of support vectors usually is a fraction of the total training sample set, the pre-selection of SVs method for the supersphere model could reduce the space and time complexity.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Fault Prediction and Quantitative Anomaly Measurement Using SV Pre-Selection OCSVM</title>
<p>The OCSVM model based on SVs pre-selection has a faster modeling speed, which can improve the efficiency of fault prediction. For the samples with the form of feature vectors, the model can be applied directly. But for the time series, the phase space reconstruction is firstly needed, and then the fault prediction model with OCSVM could be built. The phase space reconstruction is a research method for system&#x0027;s dynamic behavior based on the limited measured data and the attractor reconstruction. In order to restore the phase space&#x0027;s geometrical structure of dynamic systems from the one-dimensional time series, the one-dimensional time series should be embedded into the m-dimensional space, which has the form as: suppose the observed time series from system is <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The dimension of the phase space is <italic>m</italic>, the fixed time delay is called the embedded delay <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, so the sample points in the space of phase are <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The time series can be used for novelty detection after the phase space reconstruction, which also provides the theoretical basis for the time series prediction using OCSVM. The main procedure on fault prediction using SVs pre-selection is:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1)</label><p>Suppose the collected sample series in the system&#x0027;s normal state is <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Execute the reconstruction of phase space for the time series, and the sample set can be obtained as <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><label>2)</label><p>Pre-select the support vectors from <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and build the OCSVM model as the fault prediction model based on the selected sample set. For the supersphere model, calculate the variable&#x0027;s value range representing the relative location relationship between the samples in <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the supersphere according formula <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref>. Then the lower bounds of the two ranges are regarded as the respective threshold reference to judge whether the fault trend exist or not.</p></list-item>
<list-item><label>3)</label><p>Decide whether the time series value <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> at time <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> indicate the fault trend. The method is: firstly, construct the sample being adapt to the model as <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> based on <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Then <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is substitute to the OCSVM model after the support vector pre-selection, and the variable value representing the relative location relationship between <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and the supersphere can be calculated. Finally, the variable value is used for judging whether the fault trend exist through the comparison to the fault threshold.</p></list-item>
</list></p>
<p>To quantitatively measure the anomaly level of one sample, the anomaly indexes (AIs) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>] can be defined as follows.</p>
<p>Set a system&#x0027;s normal state <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be described by a given sample set <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, if the sample set is known, it means the normal state <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the system is also known, but the samples in the system&#x0027;s anomaly state or in system&#x0027;s fault state are both unknown. Then set <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as the probability density of <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and let <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a new sample. As a result, the anomaly level of sample <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>can be quantitatively measured by the anomaly indexes <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:mrow><mml:mtext>AIs</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> , which has a form as <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mrow><mml:mtext>AIs</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x0020;</mml:mi><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow> </mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
For the samples in <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be found that <inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula>. On this basis, suppose a threshold <inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<inline-formula id="ieqn-176"><mml:math id="mml-ieqn-176"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) is selected, if <inline-formula id="ieqn-177"><mml:math id="mml-ieqn-177"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it means the new sample <inline-formula id="ieqn-178"><mml:math id="mml-ieqn-178"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> having not fault trend; if <inline-formula id="ieqn-179"><mml:math id="mml-ieqn-179"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it means the new sample <inline-formula id="ieqn-180"><mml:math id="mml-ieqn-180"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> has a fault trend. In other words, if AIs satisfies the condition <inline-formula id="ieqn-181"><mml:math id="mml-ieqn-181"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the sample <inline-formula id="ieqn-182"><mml:math id="mml-ieqn-182"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> can be regarded as a normal sample; and if AI satisfies the condition <inline-formula id="ieqn-183"><mml:math id="mml-ieqn-183"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, it implies that the new sample <inline-formula id="ieqn-184"><mml:math id="mml-ieqn-184"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> has a fault trend.</p>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Experiments and Result Analysis</title>
<sec id="s5_1"><label>5.1</label><title>A Simulation Experiment and Analysis of Result</title>
<p>For the supersphere model, the training set is constructed from <inline-formula id="ieqn-185"><mml:math id="mml-ieqn-185"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-186"><mml:math id="mml-ieqn-186"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and 1000 samples are random generated, so the coordinates of <inline-formula id="ieqn-187"><mml:math id="mml-ieqn-187"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-188"><mml:math id="mml-ieqn-188"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are dimensionless. The RBF kernel is chosen and the pre-selected SVs are shown in <?A3B2 "fig2",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>.</p>
<fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Support vector pre-selection result of the supersphere model</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-2.png"/></fig>
<p>Considering <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, it can be concluded that the obtained samples&#x2019; set through SV pre-selection of the supersphere model covers most of the SVs. As the supersphere model&#x0027;s training process is entirely unrelated to NSVs, it&#x0027;s obvious that the SV pre-selection approach may enhance the training efficiency in the condition of guaranteeing the model&#x0027;s novelty detection capacity.</p>
<p>The supersphere algorithm&#x0027;s training results of the simulation samples are shown in <?A3B2 "tbl1",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. From data in the table, we also can find the speed of modeling is tremendously enhanced; as a result, the fault prediction and the anomaly measurement efficiency can also be enhanced.</p>
<table-wrap id="table-1"><label>Table 1</label><caption><title>Comparison of training result for the supersphere model</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Algorithms</th>
<th align="left">Number of </th>
<th align="left">Number of support </th>
<th align="left">Number of </th>
<th align="left">Modeling</th>
</tr>
<tr>
<th align="left"></th>
<th align="left">training samples</th>
<th align="left">vectors (Pre-selection)</th>
<th align="left">support vectors</th>
<th align="left">time (s)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left">Supersphere</td>
<td align="left">1000</td>
<td align="left">Non-selection</td>
<td align="left">212</td>
<td align="left">15.28</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Supersphere (Pre-selection)</td>
<td align="left">1000</td>
<td align="left">450</td>
<td align="left">201</td>
<td align="left">4.35</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_2"><label>5.2</label><title>Experiments for the Single-Dimensional Drift Data of Gyroscope</title>
<p>When the gyroscope devices are working in the normal state, their drift coefficients satisfy a certain transformation rule. When the fault trend exists, the original transformation rule will inevitably occur the drift, even exceed the normal working range. If we find the drift of transformation rule by the fault prediction model, or the working parameters will soon deviate from the normal working range, the fault trend must be predicted. If we find the transformation rule keeps the original state, and locates in the normal range, the conclusion having no fault trend should be given.</p>
<p>In this experiment, the samples come from the reliability experiments of the new gyroscopes. The experiment parameters include the gravitational acceleration <italic>g</italic> and the geographical latitude <italic>R</italic>, where <inline-formula id="ieqn-189"><mml:math id="mml-ieqn-189"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>979.4121</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-190"><mml:math id="mml-ieqn-190"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>34.6006</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>A data gathering system with special sensor is used for data acquisition and drift data storage. Based on the 91 groups of testing data in the dataset, the supersphere model is trained to detect whether the fault trend exists. Set the dimension of the unlabeled samples is 3, and construct 89 samples, the former 75 samples are used for modeling, and the latter 15 samples are used for fault prediction.</p>
<p>To evaluate the reliability of the experimental results, the experiment with the supersphere model of OCSVM is executed, and the modeling result is described in <?A3B2 "fig3",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, which is the support vector pre-selection result. In <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3a</xref>, the horizontal ordinates are the sample series numbers, and the vertical ordinate are the corresponding values of Lagrange multipliers, the values decide whether the samples are support vectors. <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3b</xref> shows the location relationship between the samples and the supersphere, which is a unitless value of distance. As the pre-selected sample set includes all the SVs of the supersphere model, the results have the same form for the supersphere and the supersphere(SV pre-selection).</p>
<fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>Modelling result of supersphere. (a) Support vector pre-selection (b) Location relationship between the samples and the supersphere</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-3.png"/></fig>
<p>Utilizing the modeling result, the density distribution of the variable representing the relative location of the samples and the supersphere can be estimated as <?A3B2 "fig4",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4a</xref>. On this basis, the sample&#x0027;s anomaly indexes (AIs) are calculated. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4b</xref>, we still can see that the AIs are all below 0.5, namely there is not any fault trend exists in the gyroscope.</p>
<fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>Result of anomaly indexes. (a) Density estimation (b) Calculation of AIs</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-4.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s5_3"><label>5.3</label><title>Experiments for a Precision Inertia System Platform</title>
<p>The inertia system includes three gyroscopes, and we can get 8 drift ampere values of the precision platform by testers, which are the <inline-formula id="ieqn-191"><mml:math id="mml-ieqn-191"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-192"><mml:math id="mml-ieqn-192"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-193"><mml:math id="mml-ieqn-193"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-194"><mml:math id="mml-ieqn-194"><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-195"><mml:math id="mml-ieqn-195"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-196"><mml:math id="mml-ieqn-196"><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-197"><mml:math id="mml-ieqn-197"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-198"><mml:math id="mml-ieqn-198"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Z - down</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Based on the 8 values, 6 drift coefficients of the three gyroscopes can be deduced, the methods are: <inline-formula id="ieqn-199"><mml:math id="mml-ieqn-199"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;+&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-200"><mml:math id="mml-ieqn-200"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-201"><mml:math id="mml-ieqn-201"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-202"><mml:math id="mml-ieqn-202"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;+&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-203"><mml:math id="mml-ieqn-203"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;+&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03A9;</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-204"><mml:math id="mml-ieqn-204"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;+&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-205"><mml:math id="mml-ieqn-205"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the geographical latitude of testing point, <inline-formula id="ieqn-206"><mml:math id="mml-ieqn-206"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-207"><mml:math id="mml-ieqn-207"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-208"><mml:math id="mml-ieqn-208"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-209"><mml:math id="mml-ieqn-209"><mml:mi>&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants if the testing target is known.</p>
<p>The sample form of the precision platform is <inline-formula id="ieqn-210"><mml:math id="mml-ieqn-210"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. There are 130 groups of data with the 6-dimensional drift coefficient gathering from 2001 to 2007, as shown in <?A3B2 "fig5",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>. The values in this figure are all practical values of the precision platform&#x0027;s drift coefficients. The horizontal ordinates are the sample series numbers, and the vertical ordinate are the practically measured data.</p>
<p>The goal of the experiment is to analysis the platform&#x0027;s working state in 2007 based on the data from 2001 to 2006. There are 74 samples matching the system performance requirement in the six years, and these data are considered as the training samples to build the supersphere model with OCSVM. <?A3B2 "fig6",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6a</xref> is the support vector pre-selection result. In this subfigure, the horizontal ordinates are the sample series numbers of the drift time series, and the vertical ordinates are the values of Lagrange multipliers, the selected support vectors are used to build the supersphere model. The variable values representing the relative location of the samples and the supersphere are then calculated, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6b</xref>. In this subfigure, the horizontal ordinates are the whole samples including the training and the testing samples, and the vertical ordinates are the relative distances between the samples and the supersphere. If the relative distance is negative, it means the sample is inside the supersphere; if the distance is 0, it means the sample is on the supersphere surface; and if the distance is larger than 0, it means the sample is outside the supersphere.</p>
<fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>Practical values of the precision platform&#x0027;s drift coefficients</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-5.png"/></fig>
<p>Utilizing the modeling result, we can calculate the sample&#x0027;s anomaly indexes (AIs) by probability density estimation method, as shown in <?A3B2 "fig7",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>. It can be found that the AIs of the anomaly samples are all below 0.5 among the 118 samples from 2001 to 2006, which means the AIs can distinguish the normal samples and the anomaly samples. Considering the 4th sample in the 12 samples from 2007, namely the 122th sample in <?A3B2 "fig7",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>, the AI value is 0.5268, the AIs of the remaining 8 samples are all below 0.5. By analyzing the drift data of the platform&#x0027;s normal state from 2001 to 2006, we can obtain the practical drift range is [&#x2212;0.5423, 0.5508]. it means that although the 122th sample&#x0027;s AI value is bigger than 0.5, namely the platform is beyond the normal working range in the past, but it still didn&#x0027;t exceed the drift range of the engineering permission. So, we can conclude that the precision platform had no obvious drift fault trend and had a stable running state in 2007.</p>
<fig id="fig-6"><label>Figure 6</label><caption><title>Modelling result of supersphere. (a) Support vector pre-selection (b) Location relationship between the samples and the supersphere</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-6.png"/></fig>
<fig id="fig-7"><label>Figure 7</label><caption><title>Result of anomaly indexes (AI)</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18000-fig-7.png"/></fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6"><label>6</label><title>Conclusions</title>
<p>In this paper, a fast small-sample supersphere one-class SVM modeling method using SVs pre-selection is systematically studied, aiming at the data-driven fault state prediction and quantitative degree measurements. (1) The essence of the method lies in two aspects. firstly, construct the supersphere space model based on the samples from the system&#x0027;s normal state; secondly, compare the relative location relationship between the new sample and the supersphere to judge whether the sample deviates from the system&#x0027;s normal state. As a result, the fault prediction goal is reached. (2) The advantages of the method lie in the easily acquisition of data samples, the fast modeling and the strong sensibility to the system&#x0027;s anomaly. (3) The disadvantage is that it cannot track the fault trend continually, so there is a lack of further understanding for the fault trend. (4) When the system&#x0027;s fault trend occurs, how to build the efficient prediction model is the key problem to be solved. The OCSVM fault prediction model is mainly studied based on SV pre-selection. To improve the modeling efficiency, the SV pre-selection method for the supersphere model is proposed. The methods can extract the outside points and boundary points of the supersphere, and can give good fault prediction capability and effectiveness of quantitative anomaly measurement for precision inertial devices. The experiments on precision inertial systems testify that the proposed method has good fault prediction speed and precision, and can effectively quantitative measure the anomaly level of systems.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>We thank the editors for their rigorous and efficient work, and we also thank the referees for their helpful comments.</p>
</ack>
<fn-group>
<fn fn-type="other">
<p><bold>Funding Statement:</bold> This work was jointly supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61403397) and the Natural Science Basic Research Plan in Shaanxi Province of China (Grant Nos. 2020JM-358, 2015JM6313).</p>
</fn>
<fn fn-type="conflict">
<p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>D. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>G. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Fault prediction for dynamic systems with state-dependent faults</article-title>. <conf-name>Proceedings of the 4th International Conference on Innovative Computing, Information and Control</conf-name>, pp. <fpage>207</fpage>&#x2013;<lpage>210</lpage>. <conf-loc>Piscataway, NJ, USA.</conf-loc></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>X. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>C. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>H. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel fault diagnosis procedure based on improved symplectic geometry mode decomposition and optimized SVM</article-title>. <source>Measurement</source><italic>,</italic> <volume>173</volume><italic>.</italic> DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2020.108644</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kumari</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sachin</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saket</surname>, <given-names>R. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sanjeevikumar</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Open-circuit fault diagnosis in multilevel inverters implementing PCA-WE-SVM technique</article-title>. <source>IEEE Transactions on Industry Applications</source><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage> (IEEE Preprint).</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Y. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Fault diagnosis of the train communication network based on weighted support vector machine</article-title>. <source>IEEE Transactions on Electrical and Electronic Engineering</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><issue>(7)</issue><italic>,</italic> <fpage>1077</fpage>&#x2013;<lpage>1088</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/tee.23153</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kpotufe</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feamster</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An efficient one-class SVM for anomaly detection in the Internet of Things</article-title>. <comment>arXiv: 2104.11146</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname>, <given-names>Y. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>G. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>Z. H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Data-driven fault prediction and anomaly measurement for complex systems using support vector probability density estimation</article-title>. <source>Engineering Applications of Artificial Intelligence</source><italic>,</italic> <volume>67</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>13</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engappai.2017.09.008</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chiang</surname>, <given-names>J. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Y. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Support vector clustering with outlier detection</article-title>. <conf-name>Proceedings of the 3th International Conference on Intelligent Computing</conf-name>, pp. <fpage>423</fpage>&#x2013;<lpage>431</lpage>. <conf-loc>Qingdao, China.</conf-loc></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Davy</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Desobry</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gretton</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>An online support vector machine for abnormal events detection</article-title>. <source>Signal Processing</source><italic>,</italic> <volume>86</volume><italic>,</italic> <fpage>2009</fpage>&#x2013;<lpage>2025</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sigpro.2005.09.027</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Fault diagnosis of an autonomous vehicle with an improved SVM algorithm subject to unbalanced datasets</article-title>. <source>IEEE Transactions on Industrial Electronics</source><italic>,</italic> <volume>68</volume><issue>(7)</issue><italic>,</italic> <fpage>6248</fpage>&#x2013;<lpage>6256</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIE.2020.2994868</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rasheed</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>T. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Anomaly detection of moderate traumatic brain injury using auto-regularized multi-instance OCSVM</article-title>. <source>IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering</source><italic>,</italic> <volume>28</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>83</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNSRE.7333</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>X. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gao</surname>, <given-names>Z. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>From model, signal to knowledge: A data-driven perspective of fault detection and diagnosis</article-title>. <source>IEEE Transactions on Industrial Informatics</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>2226</fpage>&#x2013;<lpage>2238</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TII.2013.2243743</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Min</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A fault detection and diagnosis system for autonomous vehicles based on hybrid approaches</article-title>. <source>IEEE Sensors Journal</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(16)</issue><italic>,</italic> <fpage>9359</fpage>&#x2013;<lpage>9371</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSEN.2020.2987841</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Du</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Fault detection using bispectral features and one-class classifiers</article-title>. <source>Journal of Process Control</source><italic>,</italic> <volume>83</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jprocont.2019.08.007</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gharoun</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Keramati</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nasiri</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Azadeh</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>An integrated approach for aircraft turbofan engine fault detection based on data mining techniques</article-title>. <source>Expert Systems</source><italic>,</italic> <volume>36</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. DOI: <comment>36.10.1111/exsy.12370</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>FernaNdez-Francos</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>MartiNez-Rego</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fontenla-Romero</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alonso-Betanzos</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Automatic bearing fault diagnosis based on one-class v-SVM</article-title>. <source>Computers &#x0026; Industrial</source><italic>,</italic> <volume>64</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>357</fpage>&#x2013;<lpage>365</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cie.2012.10.013</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Amer</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goldstein</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abdennadher</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Enhacing one-class support vector machines for unsupervised anomaly detection</article-title>. <conf-name>Proceedings of the ACM SIGKDD Workshop on Outlier Detection and Description</conf-name>, pp. <fpage>8</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. <conf-loc>Chicago, IL, USA</conf-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yin</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>X. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jing</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Fault detection based on a robust one class support machine</article-title>. <source>Neurocomputing</source><italic>,</italic> <volume>145</volume><italic>,</italic> <fpage>263</fpage>&#x2013;<lpage>268</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2014.05.035</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>Y. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>W. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>J. W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Robust OCSVM for fault detection</article-title>. <source>Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems</source><italic>,</italic> <volume>151</volume><italic>,</italic> <fpage>15</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chemolab.2015.11.010</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yan</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ji</surname>, <given-names>Z. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Online fault detection methods for chillers combining extended kalman filter and recursive OCSVM</article-title>. <source>Neurocomputing</source><italic>,</italic> <volume>228</volume><italic>,</italic> <fpage>205</fpage>&#x2013;<lpage>212</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2016.09.076</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>N. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>S. X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname>, <given-names>G. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>W. G.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Mechanical fault diagnosis of high voltage circuit breakers based on wavelet time-frequency entropy and one-class support vector machine</article-title>. <source>Entropy</source><italic>,</italic> <volume>18</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>7</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/e18010007</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Perera</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Oza</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Patel</surname>, <given-names>V. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>One-class classification: A survey</article-title>. arXiv preprint. arXiv:2101.03064v1.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kim</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jeong</surname>, <given-names>Y. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Norm ball classifier for one-class classification</article-title>. <source>Annals of Operations Research</source><italic>,</italic> <volume>303</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>433</fpage>&#x2013;<lpage>482</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10479-021-03964-x</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kumar</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sinha</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chakrabarti</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A fast learning algorithm for one-class slab support vector machines</article-title>. <source>Knowledge-Based Systems</source><italic>,</italic> <volume>228</volume><italic>,</italic> <fpage>107267</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.knosys.2021.107267</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Juhamatti</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Daniel</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jan</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Allan</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Detection and identification of windmill bearing faults using a one-class support vector machine (SVM)</article-title>. <source>Measurement</source><italic>,</italic> <volume>137</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>287</fpage>&#x2013;<lpage>301</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.measurement.2019.01.020</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yan</surname>, <given-names>X. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jia</surname>, <given-names>M. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A novel optimized SVM classification algorithm with multi-domain feature and its application to fault diagnosis of rolling bearing</article-title>. <source>Neurocomputing</source><italic>,</italic> <volume>313</volume><issue>(11)</issue><italic>,</italic> <fpage>47</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2018.05.002</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yi</surname>, <given-names>Y. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>Y. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>W. L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lei</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Combining boundary detector and SND-SVM for fast learning</article-title>. <source>International Journal of Machine Learning and Cybernetics</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>689</fpage>&#x2013;<lpage>698</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s13042-020-01196-2</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Miao</surname>, <given-names>X. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>C. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Distributed online one-class support vector machine for anomaly detection over networks</article-title>. <source>IEEE Transactions on Cybernetics</source><italic>,</italic> <volume>49</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>1475</fpage>&#x2013;<lpage>1488</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCYB.6221036</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bhland</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Doneit</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Grll</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Automated design process for hybrid regression modeling with a OCSVM</article-title>. <source>AT-Automatisierungstechnik</source><italic>,</italic> <volume>67</volume><issue>(10)</issue><italic>,</italic> <fpage>843</fpage>&#x2013;<lpage>852</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/auto-2019-0013</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Luo</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Short-term wind speed forecasting via stacked extreme learning machine with generalized correntropy</article-title>. <source>IEEE Transactions on Industrial Informatics</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><issue>(11)</issue><italic>,</italic> <fpage>4963</fpage>&#x2013;<lpage>4971</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TII.2018.2854549</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chalapathy</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Menon</surname>, <given-names>A. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chawla</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Anomaly detection using one-class neural networks. <italic>Machine Learning</italic></article-title>. <comment>arXiv: 1802.06360v2</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ruff</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vandermeulen</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Goernitz</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Deecke</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Siddiqui</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Deep one-class classification</article-title>. <conf-name>Proceedings of the 35th International Conference on Machine Learning (ICML)</conf-name>, pp. <fpage>4393</fpage>&#x2013;<lpage>4402</lpage>. <conf-loc>Stockholm, Sweden</conf-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liznerski</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ruff</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vandermeulen</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Franks</surname>, <given-names>B. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kloft</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.,</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Explainable deep one-class classification</article-title>. <source>Proceedings of ICLR</source>&#x0027;<volume>2021</volume><italic>.</italic> arXiv:2007.01760v3.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Oza</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Patel</surname>, <given-names>V. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>One-class convolutional neural network</article-title>. <source>IEEE Signal Proceessing Letters</source><italic>,</italic> <volume>26</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>277</fpage>&#x2013;<lpage>281</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2018.2889273</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Sabokrou</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khalooei</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fathy</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Adeli</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Adersarially learned one-class classifier for novelty detection</article-title>. <conf-name>Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR)</conf-name>, pp. <fpage>3379</fpage>&#x2013;<lpage>3388</lpage>. <conf-loc>Salt Lake City, UT, USA</conf-loc>. arXiv:1807.02588v2.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Plakias</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Boutalis</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Exploiting the generative adversarial framework for one-class multi-dimension al fault detection</article-title>. <source>Neurocomputing</source><italic>,</italic> <volume>332</volume><italic>,</italic> <fpage>396</fpage>&#x2013;<lpage>405</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neucom.2018.12.041</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>