PCA主成分分析法(最大投影方差,最小重构距离,SVD角度)

统计分析中,数据的变量之间可能存在相关性,以致增加了分析的难度。于是,考虑由少数不相关的变量来代替相关的变量,用来表示数据,并且要求能够保留数据中的大部分信息。

在信号处理领域,信号具有较大方差,噪声具有较小方差,因此,我们不难引出PCA的目标,即最大化投影方差,即让数据在主轴上投影的方差最大.

最大投影方差

推导过程

给定一组数据点,其中每个向量均为列向量

中心化为

由于向量内积在几何上表示为第一个向量投影到第二个向量上的长度,又由于投影之后均值为0,因此向量在w(单位方向向量)上的投影方差可以表示为

其中

是样本协方差矩阵,记为,(协方差矩阵计算的是不同维度之间的协方差而不是不同样本之间的)且w是单位方向向量,有

引入拉格朗日乘子,对w求导令其等于0

此时

即样本投影后的方差就是协方差矩阵的特征值,最佳投影方向就是最大特征值所对应的特征向量.

求解方法

(1)样本数据中心化处理

(2)求样本协方差矩阵

(3)对协方差矩阵进行特征值分解,将特征值从大到小排列

(4)取特征值前d大对应的特征向量,并将n维样本映射到d维

降维后的信息占比

最小重构距离

表示样本投影后的坐标值

表示样本投影后降维选取前q大的坐标值

目标是令

最小

展开

由于xi已经中心化过了

所以最小重构距离和最大投影方差是等价的

SVD角度

思路:不求样本的协方差矩阵,而是对中心化后的数据进行奇异值分解

对中心化后的数据进行奇异值分解

样本协方差矩阵为

对照特征值分解的S

得到

G=V

K=

从 SVD 角度看,PCA 的投影矩阵可以直接从 V 中获取。V 的列向量就是协方差矩阵 S 的特征向量,而奇异值的平方与协方差矩阵的特征值成正比。选取前 k 个右奇异向量构成投影矩阵,就能够实现数据的降维。

参考

<统计学习方法>

<百面机器学习>

(系列五) 降维1-背景_哔哩哔哩_bilibili

相关推荐
黑眼圈子3 分钟前
总结一下用Java做算法的常用类和方法
java·开发语言·算法
apcipot_rain3 分钟前
天梯赛练习集 时间规划 限时复盘 中档题详解(L1-6~L2-4)
算法
nancy_princess15 分钟前
attention基础概念1
人工智能
做个文艺程序员16 分钟前
华为昇腾NPU部署开源大模型全攻略(以Qwen3-8B为例)
人工智能·深度学习·华为
再卷也是菜30 分钟前
第一章、线性代数(2)高斯消元法
线性代数·算法
NAGNIP32 分钟前
一文搞懂CNN经典架构-EfficientNet!
算法·面试
如何原谅奋力过但无声35 分钟前
【chap11-动态规划(上 - 基础题目&背包问题)】用Python3刷《代码随想录》
数据结构·python·算法·动态规划
智算菩萨39 分钟前
【论文精读】Automated machine learning for positive-unlabelled learning
论文阅读·人工智能·机器学习·论文笔记·贝叶斯优化·自动机器学习·无标签学习
小程故事多_801 小时前
破解Agent“半途摆烂”困局,OpenDev凭Harness架构,撕开Code Agents的工程化真相
人工智能·架构·aigc·harness
吴佳浩1 小时前
Vibe Coding 时代:Vue 消失了还是 React 太强?
人工智能