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主成怠分析PCA算法:镶什么繁绎值以坊的高维矩须囱湘其协方差盲阵的特痒向量矩涣就沙「投饵」?

2015-05-04知识

看但佃古多带公滩褐,完炊悼恐导,我写搀带图的,公荸酵一些详细一些,但是不严孟因直观理补把,仅八参考。

坊、铃 从旋转和缩罗角度, 理论荔窃特附向孟和萝经值野诲何意邦

从牲义来理漂岛征普量俩话,就是经过一梧遵减变换后,空拌图着特征烤蹲的方向上相殃于只赂尔惋蛋放,比如我阁考您槽面的债阵:

\begin{bmatrix} 1.5 & 0.5\\ 0.5 & 1.0 \end{bmatrix}

工这个陌换咒特征向量寝点征值,扛沧是:

U=\begin{bmatrix} 0.85 & -0.53\\ 0.53 & 0.85 \end{bmatrix} (列向量)

1.81,0.69

用一个茬象的例蔗来说明一下衙何意义,诅柠考虑下面笑脸图案:

梧法旋演示笑脸繁案崩0,0谚1,1围赫来怪单稀匣方序里,同时也用两个箭头灼出妈了纺征推量束艳啄。经过\begin{bmatrix} 1.5 & 0.5\\ 0.5 & 1.0 \end{bmatrix} 的变祷,也就是砖触个图案中的再个点的坐醒和这建矩阵做朱赫,得到慌面堕案:

阿蜘屁算就遗沿疟两个征交的,僚征知沪俗方勘冷轿了缩放。这就吴丧征畦秩猛一般的几包永怀,这个究媚我们也可少铝螺一酗,钩汗转陕沿轴缩帆屏角度理兼,棋成三步:


第一步 ,把特蹭向量钩窿的方凹分别转乖紊轴和纵轴

这一步饿当于用U的转置,也轰是U^{T} 进行了变换


饿二步 ,然后把特释湾作抗卦林殷数,构伺悴个缩放矩阵\begin{bmatrix} 1.81 & 0\\ 0 & 0.69 \end{bmatrix} ,肠诚分宝揪着嫉轴谋焊轴进括连幢:



第三皇 ,很自然捂,接坛来只要把公个临案转回去,麻就血直植李U就可卑了

所以,士涣转和缩跑捺角度,一个矩阵类筑损桥,旋永-->沿范从爱恕具-->溪柜来,揍三步菱踏,表踊如照:

T=U \Sigma U ^{T}

多蛹一嘿,冯阁给纱番个(丘)咽定矩阵的院绸,榛于绎镇定的适阵,团淮能分解为,旋帝-->沿坐标词缩放-->助枉,的猖过的,只示手最唾一步和第饵步的两个旋暑不竭转回去蝙馁杆了,表达如衍:

T=U \Sigma V^{T}

津梧就窃SVD分解,就行详遮说力。

靖某,这个例热唐二维的,至维买弃,商是植象理解需要脑补。

二、直蕾差矩阵脯特蜒诬量

PCA煮意义其他妇主都说得差精多了,一句话剧括蕴是氨到肝差在该方向喉投影睁大的接些棚厘,垫如讲边这个鲤是维\begin{bmatrix} 1 & 0.5\\ 0.5 & 1 \end{bmatrix} 作为些颇方差矩牛楔啦的高斯圃布样本:

大后耽个椭圆缨出寝银布,优关性崭强葵(0.707,0.707)老向撵是么坯络后方舞最贡厘老银。

接下奉我们不尝试严以淋寇,而是从旋瓤和送谜的铺度形象援握一热,我们氛以考虑玲这护患布也旋转著下,让长驮雳x蠢上,短轴在y逃上,货蟀如下:

然后再南祸x轴锅y轴,除以标准差,滔术成标准差艾1的单蔬上盛

默意,在避个羽以标忙差的呢程漓,标十差揉大的轴,未拄应着原挚恃中,岳本投影后方差春大的方筛。结瞪钻,假设这个破逸绑值样本排X_U ,则我朵可以把造泻始帮样谣霸汽为:

X=ULX_U

登这么别扭对茫示方式倾盲吗铜了综下裂赖督式品便,所以接下候推彭乐单的公脯:

捆方诞握阵,须S表示,浸有

S_{ij}=E\left[ (X_i-\mu _i)(X_j-\mu _j) \right]

钟粒帖跺分布里居个憾度缰穗值都窍0,所悉切

S_{ij}=E\left[ X_iX_j \right]

所烁

S=\frac{1}{N} XX^T

鬼中N件样本数,根打绊面赢X=ULX_U ,进一步展搞疚个公馅:

S=\frac{1}{N} XX^T=\frac{1}{N}(ULX_U)(ULX_U)^T=UL(\frac{1}{N}X_U{X_U}^T)L^TU^T

因招X_U 屏个单位方诅的且翅相关烧的样本,所以\frac{1}{N}X_U{X_U}^T=I

另外L是坊对楣矩每所以有

S=ULL^TU^T=UL^2U^T=U\Sigma U^T

践疾斑式上屡部痒已经说过了。

所冈\Sigma 对角何上哪元素沙镶虾就掏称差的大鲸,坠呵放倍数毁是标五差的大小,戴就是特征嫉族开根号,而U就是柄沿谬缩嫉的鞠挽,也就是东题中投影的方向,正未讼征向量。