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
马可家的菠萝8 小时前
你收藏的资料,有多少真的被你第二次打开过?
笔记·知识管理·效率提升·个人知识库
小刘在重生~9 小时前
Java Lock 显式锁案例|ReentrantLock 解决多线程安全问题(超详细实战)
java·笔记·面试
职豚求职小程序9 小时前
中国人寿27秋招笔试[特殊字符]北森机考|备考攻略
笔记
江湖人称菠萝包9 小时前
【Qt】《Qt 5.9 C++开发指南》笔记-Chapter9-Qt Charts
笔记·qt·qt5
乐橙开放平台9 小时前
从「多套客户端」到一套开放能力:乐橙视频监控能力复盘
笔记·物联网·自动化·音视频·智能家居
山岚的运维笔记10 小时前
mysql 专业笔记 -- 第 36 章:MySQL 管理
运维·数据库·笔记·后端·mysql·oracle·dba
老鱼说AI11 小时前
从点积到希尔伯特空间:向量内积的几何本质与大模型相似度度量
人工智能·深度学习·线性代数·算法·机器学习·数学建模
Raas10011 小时前
AI 编程助手 5 选 1:场景匹配决策树
人工智能·深度学习·机器学习·企业级产品
江湖人称菠萝包11 小时前
【Qt】《Qt 5.9 C++开发指南》笔记-Chapter10-Data Visualization
笔记·qt·qt5
老当益壮梁奶奶12 小时前
ARM汇编学习笔记(五):从按键轮询到 GIC 中断控制器(ARM Cortex-A7 )
arm开发·笔记·单片机·嵌入式硬件