利用 主成分分析(PCA) 降维 个人理解

PCA(主成分分析)通过特征值分解实现数据降维,保留数据主要信息。特征值越大,对应特征向量上的方差和信息量越多。在3维示例中,去除方差小的维度仍能保留大部分信息。MATLAB中使用eig()函数求解特征值和特征向量。

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特征值分解:

从线性空间的角度看,在一个定义了内积的线性空间里,对一个N阶对称方阵进行特征分解,就是产生了该空间的N个标准正交基,然后把矩阵投影到这N个基上。N个特征向量就是N个标准正交基,而特征值的模则代表矩阵在每个基上的投影长度。
特征值越大,说明矩阵在对应的特征向量上的方差越大,功率越大,信息量越多。

PCA降维:

经过特征值分解,已经得到的N个特征向量和对应的特征值。根据特征值的模的大小,取前m个最大的特征值和对应的特征向量,就得到了原始矩阵的m个最主要的方向和在对应方向上的投影长度。这样,原始数据的主要信息就被保留了下来,而且数据维度从N降到了m。

举个栗子:


在3维空间中,数据分别如银河系,每颗星代表一个数据点(图1)。从图3中可以看出,数据在其中一维上,方差较其它两维要小得多,即,在该方向上的特征值的模较小。那么在保留大部分信息的前提下,去掉这一维,得到的二维数据(图2)也是能较好反应原始数据的。

matlab 代码:

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