数据降维方法

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pca降维公式

pca降维公式

pca降维公式
PCA降维公式是一种常用的数据降维方法,可以将高维数据映射到低维空间中,并保留原始数据的主要特征。

具体而言,PCA降维公式可以通过以下步骤来实现:
1. 对原始数据进行中心化处理,即将每个特征的值减去该特征
的均值,使得数据的均值为0。

2. 计算数据的协方差矩阵,即将每个特征与其他特征的所有可
能组合进行计算,得到一个n x n的矩阵(n为特征的数量)。

3. 对协方差矩阵进行特征值分解,得到特征值和对应的特征向量。

4. 将特征向量按照对应的特征值从大到小排序,选取前k个特
征向量作为新的基向量,构建一个k维的子空间。

5. 将原始数据映射到子空间中,得到降维后的数据。

具体而言,假设原始数据为矩阵X,中心化后的数据为矩阵X_bar,协方差矩阵为矩阵C,特征值为向量lambda,特征向量为矩阵V,降维后的数据为矩阵Z,那么PCA降维公式可以表示为:
1. X_bar = X - mean(X)
2. C = (1/m) * X_bar.T * X_bar
3. lambda, V = eig(C)
4. V_k = V[:, :k]
5. Z = X_bar * V_k
其中,eig()函数用于计算矩阵的特征值和特征向量,mean()函
数用于计算矩阵的均值,[:, :k]表示选取矩阵的前k列。

高维数据降维方法

高维数据降维方法

高维数据降维方法高维数据降维是机器学习领域中非常重要的研究方向之一。

在现实应用中,往往是面对海量的、高纬的数据,这时候,通过降维的方法可以缩短计算时间,提高数据质量,因此降维成为了机器学习、数据挖掘、计算机视觉等很多领域中必不可少的一步。

那么,什么是高维数据呢?简单来说,高维数据是指数据的特征维度非常多,比如上千、上万维甚至更高维度。

在高维数据中,往往存在着冗余信息,即一些特征虽然在该数据集中存在,但其本身并不重要,甚至对于最终的分类或者回归结果可能没有直接的贡献。

如果不进行降维处理,这些冗余的特征会对学习算法的准确性和速度造成负面影响。

因此降维技术的研究和实践具有很高的实用价值。

一是基于矩阵分解的降维方法。

这类方法的基本思路是对数据集进行矩阵分解,将数据映射到一个低纬的空间中,以达到降低数据维数的目的。

主要有奇异值分解(SVD)、主成分分析(PCA)、因子分析(Factor Analysis)等方法。

奇异值分解(SVD)是常用的一种矩阵分解方法。

通过对原始数据矩阵进行SVD分解,可以得到一组正交基向量和一组奇异值,这样就将原本的高维数据映射到了一个低维子空间中,从而实现了降维的目的。

主成分分析(PCA)是一种基于统计学思想的降维方法。

其基本思路是将原始数据经过线性变换,得到新的一组变量(即主成分),这样就将原本的高维数据表示为了少数几个主成分的线性组合。

另一种基于流形学习的降维方法。

流形是指在高维空间中具有低维结构特征的一类局部欧几里得空间,比如球面、圆环、螺旋等。

流形学习的基本思路是将高维数据的低维流形结构保留下来,降低冗余的特征维数。

其代表性方法有t-SNE、Isomap、LLE等。

这些方法在解决高维数据问题中得到了很好的应用。

t-SNE是一种流形学习的降维方法。

它不仅可以减少高维数据的维数,还能够保留高维空间中的局部结构特征。

这样就可以方便地观察高维数据的低维表示结果。

Isomap是一种基于距离度量的流形学习方法。

数据分析中常用的降维方法有哪些

数据分析中常用的降维方法有哪些

数据分析中常用的降维方法有哪些对大数据分析感兴趣的小伙伴们是否了解数据分析中常用的降维方法都有哪些呢?本篇文章小编和大家分享一下数据分析领域中最为人称道的七种降维方法,对大数据开发技术感兴趣的小伙伴或者是想要参加大数据培训进入大数据领域的小伙伴就随小编一起来看一下吧。

近来由于数据记录和属性规模的急剧增长,大数据处理平台和并行数据分析算法也随之出现。

于此同时,这也推动了数据降维处理的应用。

实际上,数据量有时过犹不及。

有时在数据分析应用中大量的数据反而会产生更坏的性能。

我们今天以2009 KDD Challenge 大数据集来预测客户流失量为例来探讨一下,大多数数据挖掘算法都直接对数据逐列处理,在数据数目一大时,导致算法越来越慢。

因此,下面我们一下来了解一下数据分析中常用的降维方法。

缺失值比率(Missing Values Ratio)该方法的是基于包含太多缺失值的数据列包含有用信息的可能性较少。

因此,可以将数据列缺失值大于某个阈值的列去掉。

阈值越高,降维方法更为积极,即降维越少。

低方差滤波(Low Variance Filter)与上个方法相似,该方法假设数据列变化非常小的列包含的信息量少。

因此,所有的数据列方差小的列被移除。

需要注意的一点是:方差与数据范围相关的,因此在采用该方法前需要对数据做归一化处理。

高相关滤波(High Correlation Filter)高相关滤波认为当两列数据变化趋势相似时,它们包含的信息也显示。

这样,使用相似列中的一列就可以满足机器学习模型。

对于数值列之间的相似性通过计算相关系数来表示,对于名词类列的相关系数可以通过计算皮尔逊卡方值来表示。

相关系数大于某个阈值的两列只保留一列。

同样要注意的是:相关系数对范围敏感,所以在计算之前也需要对数据进行归一化处理。

随机森林/组合树(Random Forests)组合决策树通常又被成为随机森林,它在进行特征选择与构建有效的分类器时非常有用。

统计师如何使用因子分析进行数据降维

统计师如何使用因子分析进行数据降维

统计师如何使用因子分析进行数据降维对于统计师来说,处理大量数据是一项常见的任务。

然而,面对庞大的数据集时,如何能够有效地提取出关键信息则是一个挑战。

因子分析是一种常用的数据降维方法,可以帮助统计师在处理复杂数据时更加高效地分析和理解数据。

一、什么是因子分析因子分析是一种统计方法,用于确定一组观测变量中潜在因子之间的关系。

通过将多个相关的观测变量聚合成少数几个不相关的因子,从而实现数据降维的目的。

这些因子可以解释原始数据中观测变量之间的共同方差,提取出数据的主要特征。

因此,因子分析在统计学、心理学、市场研究等领域都得到了广泛的应用。

二、因子分析的步骤1. 收集数据:首先需要收集观测变量的数据,确保数据的可靠性和有效性。

2. 制定假设:在进行因子分析之前,需要明确假设的内容,例如假设观测变量之间存在共同的潜在因子。

3. 确定因子的个数:在因子分析中,需要确定要提取的因子个数。

常用的方法有Kaiser准则和Scree图。

4. 选择因子提取方法:选择合适的因子提取方法,例如主成分分析、极大似然估计法等。

5. 旋转因子:通过对因子进行旋转,使得每个因子负荷最大且尽量互不相关,从而清晰地解释数据。

6. 解释因子:根据因子的负荷矩阵和因子旋转后的结果,理解每个因子所代表的含义。

7. 结果解读:根据因子分析结果,解读数据中观测变量之间的关系,并运用于具体的统计分析中。

三、因子分析的优势1. 数据降维:因子分析可以将大量观测变量聚合成相对较少的因子,从而减少了数据的复杂性。

2. 提取主要特征:因子分析能够从原始数据中提取出主要的特征,并清晰地解释各个因子的意义。

3. 检验假设:因子分析可以验证观测变量之间是否存在共同的潜在因子,帮助统计师进行假设检验。

4. 减少数据相关性:通过因子旋转,可以使得因子之间互不相关,减少数据中的相关性问题。

四、因子分析的应用1. 市场研究:在市场研究中,因子分析可以用于确定顾客的偏好因子,从而帮助企业进行精准的市场推广。

高维数据降维分析及可视化方法研究

高维数据降维分析及可视化方法研究

高维数据降维分析及可视化方法研究随着科技的发展,越来越多的数据得到了记录,因此处理和分析这些数据变得越来越关键。

但是,随着数据的数量和维度增加,计算的复杂性不断增加,常规的分析方法很难解释和应用。

高维数据处理是解决这个问题的一个重要领域。

本文将介绍高维数据的降维分析和可视化方法。

一、高维数据简介高维数据是指数据的元素个数或特征维数比样本数大的情况。

例如,一个由10,000个单词组成且有100篇文章的词频矩阵,它是一个10,000维的数据集。

由于高维数据中样本数远远小于数据特征的数量,导致传统统计方法难以处理。

二、高维数据降维方法降维是一种减少数据维度的方法,可以提高数据处理过程的效率和准确性。

高维数据降维方法有两种:线性降维和非线性降维。

1. 线性降维线性降维方法通过将数据投影到低维空间中,以保留最重要的信息为主,从而降低数据的维度。

线性降维方法包括主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)。

• 主成分分析(PCA)主成分分析是一种经常使用的线性降维方法,它通过找到主要的方向将高维数据映射到低维空间。

这些方向通常是数据之间的方差最大的方向。

通过矩阵的特征值分解,这些方向就可以被找到。

即寻找新的数据维度(向量)来代替原始数据。

• 线性判别分析(LDA)线性判别分析是一种有监督的技术,它试图找到一个投影方式,以便在保留数据最大信息的情况下区分不同类别的数据。

2. 非线性降维非线性降维可以通过将数据投影到一个非线性低维空间中,从而更好地保留数据的结构和特征,尤其是异构数据。

常见的非线性降维方法包括多维缩放(MDS)、非线性主成分分析(NLPCA)和流形学习。

• 多维缩放(MDS)多维缩放主要是在非线性情况下对数据进行降维。

它通过计算与原始数据之间的距离矩阵来表示数据之间的相似度,然后通过优化目标函数将它们投影到低维空间中。

• 非线性主成分分析(NLPCA)非线性主成分分析将主成分分析的思想扩展到非线性情况。

基于聚类的数据降维算法

基于聚类的数据降维算法

基于聚类的数据降维算法在大数据时代,数据的维度和数量呈指数级增长,这给数据分析和处理带来了巨大的挑战。

降维是解决这一问题的有效方法之一。

基于聚类的数据降维算法作为一种重要的降维技术,近年来备受关注。

一、数据降维概述数据降维是指将高维数据投影到低维空间中,同时保留原数据的重要特征。

数据降维可以大大减少处理时间和存储空间,同时可以提高分析和建模的效率和准确性。

常用的数据降维方法主要包括主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)和局部线性嵌入(LLE)等。

这些方法在保留数据中重要信息方面都有很好的效果,但是也存在一些缺点。

例如,PCA只能对线性相关的数据降维,对非线性数据的处理效果不佳;LDA需要数据点之间存在标签差异;LLE算法对噪声数据敏感,且对高维数据处理效率低下。

二、基于聚类的数据降维算法基于聚类的数据降维算法是一种无监督的降维方法,通常包括以下两个步骤:1. 聚类:将数据集划分成若干个簇,同一簇内的数据点相似度较高,不同簇之间相似度较低。

2. 降维:对每个簇进行降维操作,将每个簇中的数据点投影到低维空间中。

通常采用PCA等方法进行降维。

降维后,每个簇对应的低维特征被作为该簇的代表,将代表点作为原始数据点,重复1和2两个步骤,直到满足降维终止条件。

基于聚类的数据降维算法的优点在于不需要事先对数据进行预处理,也不需要对数据进行标记。

同时,该方法在处理非线性数据方面的效果也比较好。

三、基于聚类的数据降维算法的实现基于聚类的数据降维算法实现的关键在于聚类算法。

常用的聚类算法有k-means、DBSCAN、层次聚类等。

下面以k-means算法为例进行阐述。

1. k-means聚类算法k-means算法是一种基于距离的聚类算法。

其具体实现过程如下:1. 随机生成k个初始聚类中心。

2. 将所有的数据点分配给最近的聚类中心。

3. 计算每个聚类的平均值并将其作为新的聚类中心。

4. 重复2和3两个步骤,直到聚类中心不再发生变化或达到迭代次数。

高维度数据挖掘和预测的方法和技术

高维度数据挖掘和预测的方法和技术

高维度数据挖掘和预测的方法和技术随着信息技术的不断发展,数据规模呈现爆炸式增长,这也使得高维度数据处理、分析和预测成为了当前数据科学领域的热门研究方向。

高维度数据一般指的是数据样本的维度非常高,例如在机器学习的领域中,将一个数据样本表示为一个向量,向量的维度就是指向量的长度。

传统的数据挖掘和机器学习算法在处理高维度数据时面临的问题包括:数据稀疏性、维数灾难、过拟合等。

为了解决这些问题,学者们提出了很多有效的方法和技术。

1. 数据降维数据降维是指将高维度数据映射到低维度空间中,以便更好地进行数据分析和处理。

常见的数据降维方法包括主成分分析(PCA)、t-SNE(t-distributed stochastic neighbor embedding)、线性判别分析等。

2. 核方法核方法是指将高维度数据通过映射函数映射到低维度空间中,在低维度空间中运用传统的算法进行处理。

常见的核方法包括支持向量机(SVM)、高斯过程(GP)等。

在使用核方法时需要选择合适的核函数,不同的核函数会影响模型的性能和泛化能力。

3. 嵌入式特征选择特征选择是指在一组特征中选择出最有用的特征以提高模型的性能和泛化能力。

嵌入式特征选择是指在训练模型时通过某种方式直接选择最重要的特征。

常见的嵌入式特征选择方法包括lasso、ridge等。

这些方法将特征选择嵌入到模型中,同时也能起到正则化的作用。

4. 随机森林随机森林是一种基于决策树构建的集成学习算法。

随机森林在处理高维度数据时具有很好的性能表现,它通过随机化构造多个决策树,在多个决策树的基础上进行集成。

在构建每个决策树时,随机森林采用bootstrap和随机属性选择两种方法,这能够有效地提高模型的鲁棒性和泛化能力。

5. 深度学习深度学习是指建立多个神经网络层,通过层与层之间权值的调整实现对模型的训练和学习。

深度学习在处理高维度数据时具有优异的表现。

深度学习技术包括卷积神经网络(Convolutional Neural Networks)、循环神经网络(Recurrent Neural Networks)、自编码器(Auto-Encoder)等,这些方法已经在图像识别、自然语言处理等领域取得了巨大成功。

通过权重进行降维的方法

通过权重进行降维的方法

通过权重进行降维的方法
通过权重进行降维的方法主要有以下几种:
1. 手动选择特征:你可以手动选择那些权重最大的特征,这些特征对模型的贡献最大,从而减少数据集的维度。

2. SelectFromModel:在sklearn库中,你可以使用SelectFromModel 方法,该方法会根据特征的权重进行选择,从而实现降维。

3. 反向特征消除:这种方法首先使用所有特征训练模型,然后依次删除对模型性能影响最小的特征,直到无法删除任何特征为止。

这种方法可以有效地降低数据集的维度。

4. 前向特征选择:与反向特征消除相反,前向特征选择从无特征开始,然后逐个添加对模型性能提升最大的特征,直到达到满意的模型性能。

这种方法也用于降低数据集的维度。

这些方法都可以有效地降低数据集的维度,但在实际应用中,应根据具体情况选择最适合的方法。

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3
wi , J (wi ) =
T wi Sb wi T wi Si wi
i = 1 , 2 , · · · , c,
w, J (w) = w T Sb w w T Sw w c 1
w F (w) = F (w) w∗
w T Sb w wT Sw Lagrange
wT Sw = a = 0 Lagrange L(w, λ) = wT Sb w − λ(wT Sw − a) λ Lagrange w ∂L(w, λ) = Sb w − λSw ∂w Sb w∗ − λSw∗ = 0 Sb w∗ = λSw∗ S S −1 Sb w∗ = λw∗ w∗ S −1 Sb F (w∗ ) = w∗ wi S −1 Sb wi w w
9
C
v
m
v
vT v = 1
1=
i,j =1
αi αj Φ(xi )T Φ(xj ) = αT Kα = mλαT α αT α =
1 mλ
α
v Φ(x)T v =
i=1
m
mαi Φ(x)T Φ(xi ) =
i=1
αi K (x, xi )
K (xi , xj ) 2.2.2 KLDA LDA J (w) = w T Sb w w T Sw w αi Φ(xi )
X = [xr ]T ,
xr = λ 2 vr
1
(xr − xs )T (xr − xs ) = = = = r |δrs | p ≤ n − 1, s
T T xT r xr + xs xs − 2xr
brr + bss − 2brs arr + ass − 2ars
2 −2ars = δrs
xr , r = 1, · · · , n p = n−1 xr , r = 1, · · · , n k, k ≪ n
i = 1, · · · , n
ISOMAP LLE
ISOMAP
ISOMAP ISOMAP ISOMAP ISOMAP m xi fi fi = [Dij ] LDA LLE xi LDA
LLE
geodesic geodesic
ISOMAP D xi
LLE LLE
16
11.
LLE LLE
17
12.
T d2 rs = xr xr + s=1 n
1 n 2 n
n
xT s xs
s=1 n
1 n2
n
r =1 s=1
d2 rs =
xT r xr
r =1
11
1 2 1 brs = xT r xs = − (drs − 2 n
n
d2 rs −
r =1
1 n
n
d2 rs +
s=1
1 n2
n
n
d2 rs ) = ars −ar. −a.s +a..
2 2 2 Λ1 = diag (λ1 , · · · , λk ) 1 1 1
r p
s
V1 = [v1 , · · · , vk ],
2 X = [x1 , · · · , xn ]T = V1 Λ1
1
xr , r = 1, · · · , n |δrs |
k
r
s B
1.
δrs = δrs + c(1 − δ rs ) {δrs } B
)
4. PCA DA LDA PCA DP CA DLDA (A.M. Martinez and A.C. Kak )
6
5. PCA
(Wikipedia
)
6. (Wikipedia
)
7
7. PCA (Wikipedia )
LDA
2.2
KPCA KLDA x1 , x2 , . . . , xm , xi ∈ Rn Φ n , ,
1
p
n−p
T vi vi = 1
V1 = [v1 , · · · , vp ]
2 X = V1 Λ1 1 1
X
1
2 2 2 Λ1 = diag (λ1 , · · · , λp )
{vi }
n {δrs } A B B
{drs }
{δrs } A,
B = V ΛV T = XX T
12
Λ = diag (λ1 , · · · , λp ), xr xs
−1 Sw Sb
(w∗ )T Sb w∗ (w∗ )T Sw∗ =λ ∗ T =λ ∗ T ∗ (w ) Sw (w ) Sw∗
−1 Si Sb
4
x i mT i wi
1≤i≤c
wi |(x − mi )T wi |,
yi = xT wi , k
k = arg min |(x − mi )T wi | wi 2 LDA w
i=1
k
Nk
1 Ni
x
x∈ℜi
, i = 1, 2, · · · , c
c
Ni mi N
3. Si = 4. 1 Ni
Si (x − mi )(x − mi )T
x∈ℜi
, i = 1, 2, · · · , c
Sw Sw =
c
i=1
Ni Si N
5.
Sb
c
Sb =
i=1
Ni (mi − m)(mi − m)T N
m T T (vi xj )(vi xj )T j =1
x
v1, v2 , · · · , vk yi = xT vi , i = 1, 2, · · · , k n k n PCA
,
T T λi vi = vi Cvi = λi = vi
T vi xj
xj
vi
m T vi xj = 0 j =1
λi
19
5. Metric MDS Metric MDS
Metric MDS 6. ISOMAP ISOMAP Metric MDS
PCA
Metric MDS
geodesic ISOMAP
J (w) β
10
2.2.3
2.3
Metric MDS 2.3.1 Metric MDS ISOMAP LLE
Metric MDS Metric multidimensional scaling p D,D D n drs x1 , x2, · · · , xn , xr xs m
n×n
D B, [B ]rs = brs = xT r xs D B
ISOMAP ISOMAP ISOMAP ISOMAP ISOMAP ISOMAP
14
2.3.3
LLE Locally Linear Embedding 10
LLE LLE
LLE 1 2 xi xj xi , xi
LLE xj xi xj xi xi xi ǫ k
9. ISOMAP
10.
15
xj
m
xi = 0
i=1
C= C
1 m
m
xi xT i
i=1
C = V ΛV T Λ = diag (λ1 , λ2 , · · · , λn ) V V T = 1 C p, rank (C ) = p C p
λ1 ≥ λ2 ≥ · · · ≥ λp > 0 k x [y1 , y2 , · · · , yk ]T k = p = n, C PCA C 1 m
(2005210988)
PCA, LDA, KPCA, KLDA, Metric MDS, ISOMAP, LLE
1
256 × 256 4096
1. 2. 3. 4. (PCA) (ICA) (KICA) ISOMAP (LDA) (KDA) LLE (LFA) (KPCA)
1
2
2.1
2.1.1 PCA m PCA(Principal Component Analysis) x1 , x2 , . . . , xm , xi ∈ Rn
r =1 s=1
1 ars = − d2 , 2 rs
ar. =
1 n
ars ,
s
a.s =
1 n
ars ,
r
a.. =
1 n2
sars
r
A,[A]rs = ars B = HAH 1 T 11 , n
H=I− B B = XX T
1 = (1, 1, · · · , 1)T n×p
X = [x1 , · · · , xn ]T
m
2
xi ∈ Rn , x→X
Φ
1 m
m
Φ(xj )Φ(xj )T
j =1
v ∈ F \{0} Φ(xj )(Φ(xj ) v ) =
j =1 T
λv = Cv
m
j =1
Φ(xj )T v Φ(xj ) λm
α1 , · · · , αm
m
v=
j =1
αj Φ(xj )
Kij := Φ(xi )T Φ(xj ) v C λ(Φ(xk )T v ) = (Φ(xk )T Cv ), mλKα = K 2 α α = [α1 , · · · , αm ]T α mλα = Kα k = 1, 2, · · · , m
n
B
B
rri = 0 (i = 1, · · · , p)
r =1
B,
T d2 rs = (xr − xs ) (xr − xs ) T T T d2 rs = xr xr + xs xs − 2xr xs
1 n 1 n
1 drs = n r =1
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