pca计算公式 标准化
时间: 2023-05-30 12:07:40 浏览: 65
PCA(主成分分析)的计算公式如下:
1. 标准化数据
将原始数据标准化使其均值为0,标准差为1,公式为:
$${z_{ij}} = \frac{{{x_{ij}} - \bar x_j}}{s_j}$$
其中,$z_{ij}$是标准化后的第i个样本在第j个特征上的取值,$x_{ij}$是原始数据的第i个样本在第j个特征上的取值,$\bar x_j$是第j个特征的均值,$s_j$是第j个特征的标准差。
2. 计算协方差矩阵
对标准化后的数据求协方差矩阵,公式为:
$$Cov(X) = \frac{1}{n-1}Z^TZ$$
其中,$n$是样本数量,$Z$是标准化后的数据矩阵。
3. 计算特征值和特征向量
对协方差矩阵进行特征值分解,得到特征值和特征向量,公式为:
$$Cov(X)v_i = \lambda_iv_i$$
其中,$v_i$是第i个特征向量,$\lambda_i$是第i个特征值。
4. 选择主成分
根据特征值的大小选择前$k$个主成分,其中$k$是主成分的数量。
5. 计算主成分得分
将标准化后的数据乘以前$k$个主成分的特征向量,得到主成分得分,公式为:
$${T_k} = Z{V_k}$$
其中,$T_k$是前$k$个主成分的得分,$V_k$是前$k$个主成分的特征向量。
相关问题
如何计算PCA后的荷载
PCA(主成分分析)是一种常用的降维技术,用于减少高维数据的维数并保留数据中的主要信息。在PCA中,我们可以计算出数据的主成分和它们的贡献率。荷载(loading)是指主成分与每个原始变量之间的关系系数,用于描述每个原始变量在主成分中的权重。
要计算PCA后的荷载,可以按照以下步骤进行:
1. 对原始数据进行标准化处理,即将每个变量的均值设为0,标准差设为1。
2. 计算协方差矩阵或相关矩阵。协方差矩阵反映了每个变量之间的线性关系,而相关矩阵反映了每个变量之间的相关性。
3. 对协方差矩阵或相关矩阵进行特征值分解,得到主成分和它们的特征值。
4. 根据特征值,计算每个主成分的贡献率,即该主成分解释了总方差的多少比例。
5. 计算每个原始变量在每个主成分中的权重,即荷载。荷载的计算公式为:每个原始变量在主成分中的权重 = 原始变量与主成分之间的关系系数 × 该主成分的标准差 / 该主成分的特征值。
6. 可以将荷载进行标准化处理,使其加和等于1。
需要注意的是,PCA是一种有监督的降维技术,需要先确定降维后的维数,例如选择保留前k个主成分。同时,PCA的结果也需要进行解释和验证,以确保降维后的数据仍能够保留原始数据的信息。
pca实现步骤1000字
PCA(Principal Component Analysis) 是一种常用的数据降维技术,可以在保留原数据的主要特征的前提下,将高维数据降低到低维度,用于数据可视化、数据压缩、数据分类等领域。下面将介绍PCA的实现步骤。
1. 数据预处理
数据预处理是PCA的第一步。在进行PCA之前,需要对数据进行预处理。首先,需要对数据进行标准化处理,使数据的均值为0,方差为1。标准化处理的目的是将不同量纲的数据转化为同一量纲,便于比较和处理。其次,需要对数据进行缺失值处理,可以通过插值、平均值或中位数填充等方法进行处理。
2. 计算协方差矩阵
协方差矩阵反映了不同特征之间的相关性。PCA的核心是通过计算协方差矩阵,找到数据中的主成分。协方差矩阵可以通过以下公式进行计算:
$$
C = \frac{1}{n-1}(X-\bar{X})^T(X-\bar{X})
$$
其中,$X$为标准化后的数据矩阵,$\bar{X}$为每个特征的均值向量,$n$为样本数量。
3. 计算特征值和特征向量
协方差矩阵的特征值和特征向量是PCA的重要输出结果,它们可以用于确定主成分。特征值表示数据在特征向量方向上的方差,特征向量表示数据在该方向上的分布。可以通过以下公式计算协方差矩阵的特征值和特征向量:
$$
Cv = \lambda v
$$
其中,$C$为协方差矩阵,$v$为特征向量,$\lambda$为特征值。通过求解该方程,可以得到协方差矩阵的所有特征值和特征向量。
4. 选择主成分
通过计算特征值和特征向量,可以得到协方差矩阵的所有特征值和特征向量。在选择主成分时,可以根据特征值的大小来确定。特征值越大,表示数据在该方向上的方差越大,主成分的重要性越高。可以通过设定阈值,选择前k个特征值对应的特征向量作为主成分。
5. 数据转换
为了降低数据的维度,需要将数据投影到主成分上。可以通过以下公式进行数据转换:
$$
Y = XW
$$
其中,$Y$为转换后的数据矩阵,$X$为标准化后的数据矩阵,$W$为选择的主成分矩阵。转换后的数据矩阵$Y$的每一行表示一个样本在主成分上的投影值,每一列表示一个主成分。
6. 可视化分析
通过PCA降维后的数据,可以进行可视化分析。可以将数据投影到2维或3维空间中,用于数据可视化。可以通过散点图、热力图等方式展示数据的分布情况,帮助分析数据的特征和规律。
以上就是PCA实现步骤的详细介绍。需要注意的是,PCA算法的结果取决于数据的标准化和主成分的选择。在实际应用中,需要根据具体情况进行调整和优化。