用c++实现pca算法

时间: 2023-08-04 09:36:29 浏览: 50
PCA(Principal Component Analysis)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,同时保留数据的主要特征。下面是用C++实现PCA算法的示例代码: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> using namespace std; // 计算矩阵的转置 vector<vector<double>> transpose(vector<vector<double>> matrix) { int rows = matrix.size(); int cols = matrix[0].size(); vector<vector<double>> res(cols, vector<double>(rows)); for(int i = 0; i < cols; i++) { for(int j = 0; j < rows; j++) { res[i][j] = matrix[j][i]; } } return res; } // 计算矩阵的乘积 vector<vector<double>> dot(vector<vector<double>> A, vector<vector<double>> B) { int rowsA = A.size(); int colsA = A[0].size(); int rowsB = B.size(); int colsB = B[0].size(); vector<vector<double>> res(rowsA, vector<double>(colsB)); for(int i = 0; i < rowsA; i++) { for(int j = 0; j < colsB; j++) { double sum = 0.0; for(int k = 0; k < colsA; k++) { sum += A[i][k] * B[k][j]; } res[i][j] = sum; } } return res; } // 计算矩阵的特征值和特征向量 void eigen(vector<vector<double>> matrix, vector<double>& eigenvalues, vector<vector<double>>& eigenvectors) { int n = matrix.size(); vector<vector<double>> A = matrix; vector<vector<double>> V(n, vector<double>(n)); for(int i = 0; i < n; i++) { V[i][i] = 1.0; } int max_iterations = 1000; // 最大迭代次数 double eps = 1e-6; // 精度控制 int iter = 0; while(iter < max_iterations) { double sm = 0.0; // 计算非对角线元素的平方和 for(int i = 0; i < n - 1; i++) { for(int j = i + 1; j < n; j++) { sm += A[i][j] * A[i][j]; } } if(sm < eps) { break; // 达到精度要求 } for(int p = 0; p < n - 1; p++) { for(int q = p + 1; q < n; q++) { if(A[p][q] != 0) { double app = A[p][p]; double aqq = A[q][q]; double apq = A[p][q]; double phi = 0.5 * atan2(2 * apq, aqq - app); // 计算旋转角度 double c = cos(phi); double s = sin(phi); double app1 = c * c * app - 2 * s * c * apq + s * s * aqq; double aqq1 = s * s * app + 2 * s * c * apq + c * c * aqq; if(abs(aqq1 - aqq) > eps && abs(app1 - app) > eps) { A[p][p] = app1; A[q][q] = aqq1; A[p][q] = 0.0; A[q][p] = 0.0; for(int i = 0; i < p; i++) { double api = A[i][p]; double aqi = A[i][q]; A[i][p] = c * api - s * aqi; A[i][q] = s * api + c * aqi; } for(int i = p + 1; i < q; i++) { double api = A[p][i]; double aqi = A[i][q]; A[p][i] = c * api - s * aqi; A[i][q] = s * api + c * aqi; } for(int i = q + 1; i < n; i++) { double api = A[p][i]; double aqi = A[q][i]; A[p][i] = c * api - s * aqi; A[q][i] = s * api + c * aqi; } for(int i = 0; i < n; i++) { double vpi = V[i][p]; double vqi = V[i][q]; V[i][p] = c * vpi - s * vqi; V[i][q] = s * vpi + c * vqi; } } } } } iter++; } for(int i = 0; i < n; i++) { eigenvalues.push_back(A[i][i]); eigenvectors.push_back(V[i]); } } // 计算PCA vector<vector<double>> pca(vector<vector<double>> data, int k) { int n = data.size(); int m = data[0].size(); vector<vector<double>> X = data; // 中心化处理 vector<double> mean(m); for(int j = 0; j < m; j++) { double sum = 0.0; for(int i = 0; i < n; i++) { sum += X[i][j]; } mean[j] = sum / n; for(int i = 0; i < n; i++) { X[i][j] -= mean[j]; } } // 计算协方差矩阵 vector<vector<double>> Cov = dot(transpose(X), X); Cov = Cov / (n - 1); // 计算特征值和特征向量 vector<double> eigenvalues; vector<vector<double>> eigenvectors; eigen(Cov, eigenvalues, eigenvectors); // 取前k个特征向量 vector<vector<double>> W(k, vector<double>(m)); for(int j = 0; j < k; j++) { for(int i = 0; i < m; i++) { W[j][i] = eigenvectors[j][i]; } } // 将数据映射到低维空间中 vector<vector<double>> Y = dot(X, transpose(W)); return Y; } int main() { vector<vector<double>> data = {{2.5, 2.4}, {0.5, 0.7}, {2.2, 2.9}, {1.9, 2.2}, {3.1, 3.0}, {2.3, 2.7}, {2.0, 1.6}, {1.0, 1.1}, {1.5, 1.6}, {1.1, 0.9}}; vector<vector<double>> Y = pca(data, 1); for(int i = 0; i < Y.size(); i++) { cout << Y[i][0] << endl; } return 0; } ``` 上面的代码中,`transpose`函数用于计算矩阵的转置,`dot`函数用于计算矩阵的乘积,`eigen`函数用于计算矩阵的特征值和特征向量,`pca`函数用于计算PCA。 注:上述代码中的运算符“/”表示矩阵的逐元素除法。

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