Quantum computing holds significant potential to accelerate machine learning algorithms, especially in solving optimization problems like those encountered in Support Vector Machine (SVM) training. However, current QUBO-based Quantum SVM (QSVM) methods rely solely on binary optimal solutions, limiting their ability to identify fuzzy boundaries in data. Additionally, the limited qubit count in contemporary quantum devices constrains training on larger datasets. In this paper, we propose a probabilistic quantum SVM training framework suitable for Coherent Ising Machines (CIMs). By formulating the SVM training problem as a QUBO model, we leverage CIMs' energy minimization capabilities and introduce a Boltzmann distribution-based probabilistic approach to better approximate optimal SVM solutions, enhancing robustness. To address qubit limitations, we employ batch processing and multi-batch ensemble strategies, enabling small-scale quantum devices to train SVMs on larger datasets and support multi-class classification tasks via a one-vs-one approach. Our method is validated through simulations and real-machine experiments on binary and multi-class datasets. On the banknote binary classification dataset, our CIM-based QSVM, utilizing an energy-based probabilistic approach, achieved up to 20% higher accuracy compared to the original QSVM, while training up to $10^4$ times faster than simulated annealing methods. Compared with classical SVM, our approach either matched or reduced training time. On the IRIS three-class dataset, our improved QSVM outperformed existing QSVM models in all key metrics. As quantum technology advances, increased qubit counts are expected to further enhance QSVM performance relative to classical SVM.


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在机器学习中,支持向量机(SVM,也称为支持向量网络)是带有相关学习算法的监督学习模型,该算法分析用于分类和回归分析的数据。支持向量机(SVM)算法是一种流行的机器学习工具,可为分类和回归问题提供解决方案。给定一组训练示例,每个训练示例都标记为属于两个类别中的一个或另一个,则SVM训练算法会构建一个模型,该模型将新示例分配给一个类别或另一个类别,使其成为非概率二进制线性分类器(尽管方法存在诸如Platt缩放的问题,以便在概率分类设置中使用SVM)。SVM模型是将示例表示为空间中的点,并进行了映射,以使各个类别的示例被尽可能宽的明显间隙分开。然后,将新示例映射到相同的空间,并根据它们落入的间隙的侧面来预测属于一个类别。

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