主成分分析笔记

主成分分析是指在尽量减少失真的前提下,将高维数据压缩成低微的方式。

减少失真是指最大化压缩后数据的方差。

记 P P P矩阵为 n × m n\times m n×m( n n n行 m m m列)的矩阵,表示一共有 m m m组数据,每组数据有 n n n个维度。

欲将此数据集降为 k k k维,即求 k × m k\times m k×m的矩阵 A A A。

思路是获得一种针对 n n n维的变换方法,将 n n n位列向量转为 k k k位列向量。然后对全部 m m m组数据分别应用此变换,这样就得到答案。

变换方法是使用形如 A = X P A=XP A=XP的算式。问题变为求 k × n k\times n k×n矩阵 X X X。

引入协方差的概念。

协方差 是刻画两个列向量 X = { x 1 , x 2 , ... , x n } T , Y = { y 1 , y 2 , ... , y n } T X=\{x_1,x_2,\dots,x_n\}^\text{T},Y=\{y_1,y_2,\dots,y_n\}^\text{T} X={x1,x2,...,xn}T,Y={y1,y2,...,yn}T的相异程度。对于同一行来说,两个列向量在此行的数值相差越大,就会使协方差越大。
C o v ( X , Y ) = ∑ i = 1 n ( x i − x ^ ) ( y i − y ^ ) Cov(X,Y)=\sum_{i=1}^{n}{(x_i-\hat{x})(y_i-\hat{y})} Cov(X,Y)=i=1∑n(xi−x^)(yi−y^)

接下来的部分需要线性代数理论进行推导,在此只给出结论。

对于数据集的 n n n个维度来说,方差越大,说明数据之间的差异越大,说明越能区分不同数据,说明此维度越重要,越应该被保留。可以用协方差刻画差异。

本例中将关于 n n n维的所有协方差写成一个 n n n阶方阵 Q Q Q,其中 Q i , j Q_{i,j} Qi,j表示 C o v ( P i , P j ) Cov(P_i,P_j) Cov(Pi,Pj), P i P_i Pi表示 P P P的第 i i i行,也就是所有数据的第 i i i个维度。

至此便直接给出计算方法。

  1. 计算 Q Q Q;
  2. 求 Q Q Q的 n n n个特征值及其对应的特征(行)向量,将它们按照特征值从大到小的顺序排列,组成新的方阵 R R R;
  3. 取 R R R的前 k k k行,即 k × n k\times n k×n的矩阵 X X X;
  4. A = X P A=XP A=XP。
相关推荐
HERR_QQ43 分钟前
强化学习的数学原理 学习笔记
人工智能·笔记·学习·自动驾驶
z小猫不吃鱼2 小时前
03 Optimal Brain Surgeon 详解:Hessian 剪枝为什么有效?
算法·机器学习·剪枝
weixin_400005603 小时前
RL-frenet-trajectory-planning-in-CARLA
人工智能·深度学习·算法·机器学习·自动驾驶
大鱼>4 小时前
超参数调优进阶:Optuna/Bayesian/Early Stopping
人工智能·学习·机器学习·聚类
z小猫不吃鱼4 小时前
02 Optimal Brain Damage 详解:二阶信息剪枝的起点
算法·机器学习·剪枝
m0_626535204 小时前
近似attention
人工智能·算法·机器学习
liuyicenysabel5 小时前
多服务上线日记二:
服务器·笔记·学习
大鱼>5 小时前
模型可解释性:特征重要性/SHAP/LIME
人工智能·python·机器学习·lstm
霖大侠5 小时前
Decoupled and Reusable Adaptation for Efficient Cross-Modal Transfer
人工智能·深度学习·算法·机器学习·transformer
辰海Coding5 小时前
MiniSpring框架学习笔记-动态代理:如何在运行时插入逻辑?
java·笔记·学习·spring·动态代理