详解非负矩阵分解(NMF)及其在脑科学中的应用

基本原理

NMF的基本思想可以简单描述为:对于任意给定的一个非负矩阵V,NMF算法能够寻找到一个非负矩阵W和一个非负矩阵H,使它们的积为矩阵V。非负矩阵分解的方法在保证矩阵的非负性的同时能够减少数据量。相当于把n维的数据降维到r维。

NMF是一种用于分解矩阵的无监督机器学习方法;它可用于特征的降维和提取,在MRI数据分析、图像分析和信号处理等多个领域得到了广泛的应用。与主成分分析、独立成分分析和奇异值分解相比,NMF可以在高维数据中捕获稳健可靠的非负的潜在结构差异,非常适合用于结构MRI检测个体间的差异。

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NMF的定义如下
 minimize  ∥ X − W H ∥ 2  subject to  W ( : ) ⩾ 0 , H ( : ) ⩾ 0 , sum ⁡ ( W ( : , k ) ) ⩽ L  for a

非负矩阵分解(NMF) 通常的矩阵分解会把一个大的矩阵分解为多个小的矩阵,但是这些矩阵的元素有正有负。而在现实世界中,比如图像,文本 等形成的矩阵中负数的存在是没有意义的,所以如果能把一个矩阵分解成全是非负元素是很有意义的。在NMF中要求原始的 矩阵的所有元素的均是非负的,那么矩阵可以分解为两个更小的非负矩阵的乘积,这个矩阵有且仅有一个这样的分解, 即满足存在性和唯一性。   Contents      1 阅读详情

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