【机器学习】—PCA(主成分分析)

主成分分析(PCA)详解

引言

主成分分析(PCA)是一种统计方法,它可以通过正交变换将一组可能相关的变量转换为一组线性不相关的变量,这些变量称为主成分。PCA经常用于降维,数据压缩,以及在数据挖掘中发现数据结构。

PCA的数学原理

协方差矩阵

假设我们有一个数据集 ( X ),其中包含 ( n ) 个样本,每个样本有 ( p ) 个特征。我们可以将 ( X ) 表示为一个 ( n \times p ) 的矩阵。PCA的第一步是计算协方差矩阵 ( \Sigma ),它是数据集 ( X ) 的特征值和特征向量的载体。

协方差矩阵 ( \Sigma ) 定义为:

\\Sigma = \\frac{1}{n-1} X\^T X

特征值分解

接下来,我们需要对协方差矩阵 ( \Sigma ) 进行特征值分解。特征值分解的目的是找到矩阵的特征值 ( \lambda ) 和对应的特征向量 ( v ),使得:

\\Sigma v = \\lambda v

主成分

特征向量 ( v ) 表示新的特征空间的方向,而特征值 ( \lambda ) 表示每个特征向量的重要性。我们通常按照特征值从大到小的顺序选择前 ( k ) 个特征向量,这些特征向量对应的主成分能够解释数据中最大的方差。

转换数据

最后,我们将原始数据 ( X ) 通过这些特征向量转换到新的特征空间,得到降维后的数据:

X_{reduced} = X V_k

其中 ( V_k ) 是包含前 ( k ) 个特征向量的矩阵。

Python代码实现

以下是使用Python中的sklearn库来实现PCA的一个简单例子。

python 复制代码
import numpy as np
from sklearn.decomposition import PCA
from sklearn.preprocessing import StandardScaler

# 假设X是包含数据的numpy数组
X = np.array([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])

# 标准化数据
scaler = StandardScaler()
X_scaled = scaler.fit_transform(X)

# 创建PCA对象,设置主成分的数量
pca = PCA(n_components=2)

# 对数据进行拟合和转换
X_pca = pca.fit_transform(X_scaled)

print("原始数据:\n", X)
print("降维后的数据:\n", X_pca)
相关推荐
数字孪生家族2 小时前
视频孪生与空间智能:重构数字时空认知,定义智能决策新范式
人工智能·重构·空间智能·视频孪生与空间智能
FL171713143 小时前
Pytorch保存pt和pkl
人工智能·pytorch·python
jieshenai3 小时前
5090显卡,基于vllm完成大模型推理
人工智能·自然语言处理
逻极4 小时前
云智融合:AIGC与云计算服务新范式(深度解析)
人工智能·云计算·aigc·云服务
雪兽软件5 小时前
人工智能(AI)的商业模式创新路线图
人工智能
俊哥V5 小时前
AI一周事件(2025年11月12日-11月18日)
人工智能·ai
算法与编程之美5 小时前
提升minist的准确率并探索分类指标Precision,Recall,F1-Score和Accuracy
人工智能·算法·机器学习·分类·数据挖掘
拓端研究室6 小时前
专题:2025年全球机器人产业发展白皮书-具身智能时代的技术突破|附39份报告PDF、数据、可视化模板汇总下载
人工智能
金智维科技官方6 小时前
政务自动化中,智能体如何实现流程智能审批?
人工智能·自动化·政务·智能体