Loadings 3D

时间: 2023-12-19 14:05:19 浏览: 27
生成载荷(loadings)的3D图可以帮助我们更直观地理解主成分分析中变量与主成分之间的关系。下面是一个使用Python中的matplotlib库来生成载荷的3D图的示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D from sklearn.decomposition import PCA # 创建一个示例数据集 X = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9], [10, 11, 12]]) # 进行主成分分析 pca = PCA(n_components=3) pca.fit(X) # 得到变量载荷 loadings = pca.components_ # 绘制载荷的3D图 fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') # 设置坐标轴标签 ax.set_xlabel('Variable 1') ax.set_ylabel('Variable 2') ax.set_zlabel('Variable 3') # 绘制变量载荷 ax.quiver(0, 0, 0, loadings[0, 0], loadings[1, 0], loadings[2, 0], color='r', label='PC1') ax.quiver(0, 0, 0, loadings[0, 1], loadings[1, 1], loadings[2, 1], color='g', label='PC2') ax.quiver(0, 0, 0, loadings[0, 2], loadings[1, 2], loadings[2, 2], color='b', label='PC3') # 设置图例 ax.legend() plt.show() ``` 这段代码演示了如何使用主成分分析将数据降维到3个主成分,并绘制出对应的载荷的3D图。在图中,每个箭头代表一个变量,箭头的方向和长度表示了变量在对应主成分上的权重或贡献度。 请注意,这只是一个示例,实际的使用可能需要根据具体的数据和需求进行调整。另外,如果你使用其他的数据分析软件或编程工具,生成载荷的3D图的方法可能会有所不同。

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import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns from sklearn.decomposition import FactorAnalysis #Reading Data data=pd.read_csv("D:\复习资料\MVAPureData\who1.csv") data=data.iloc[1:,:] data=data.drop('Country', axis=1, inplace=True) #Converting Data to Numeric for i in range(1,data.shape[1]): data.iloc[:,i]=pd.to_numeric(data.iloc[:,i]) #Filling Missing Values with Mean data=data.fillna(data.mean()) #Factor Analysis using Principal Component Analysis fa=FactorAnalysis(n_components=5,rotation='varimax') fa.fit(data.iloc[:,1:]) loadings=pd.DataFrame(fa.components_.T,columns=['Factor1','Factor2','Factor3','Factor4','Factor5'],index=data.columns[1:]) print('\nFactor Loadings Using Principal Component Analysis:\n',loadings) #Factor Analysis using Principal Factor Analysis fa=FactorAnalysis(n_components=5,rotation='varimax',method='principal') fa.fit(data.iloc[:,1:]) loadings=pd.DataFrame(fa.components_.T,columns=['Factor1','Factor2','Factor3','Factor4','Factor5'],index=data.columns[1:]) print('\nFactor Loadings Using Principal Factor Analysis:\n',loadings) #Factor Analysis using Maximum Likelihood Estimation fa=FactorAnalysis(n_components=5,rotation='varimax',method="ml") fa.fit(data.iloc[:,1:]) loadings=pd.DataFrame(fa.components_.T,columns=['Factor1','Factor2','Factor3','Factor4','Factor5'],index=data.columns[1:]) print('\nFactor Loadings Using Maximum Likelihood Estimation:\n',loadings) #Plotting Factor Loadings plt.figure(figsize=(15,8)) sns.heatmap(loadings,cmap='coolwarm',xticklabels=True,yticklabels=True,annot=True) plt.title('Factor Loadings') plt.xlabel('Factors') plt.ylabel('Variables') plt.show() #Naming Factors factors=fa.transform(data.iloc[:,1:]) factors=pd.DataFrame(factors,columns=['Factor1','Factor2','Factor3','Factor4','Factor5']) factors['Country']=data.iloc[:,0] countries=factors['Country'].tolist() for i in range(factors.shape[1]-1): factors[f'Factor{i+1}']=(factors[f'Factor{i+1}']-factors[f'Factor{i+1}'].mean())/factors[f'Factor{i+1}'].std() factors['Score']=factors.sum(axis=1) factors=factors.sort_values(by=['Score'],ascending=False).reset_index(drop=True) print('\nRanked Countries:\n',factors[['Country','Score']])

import pandas as pd import numpy as np from sklearn.decomposition import PCA from sklearn.preprocessing import StandardScaler import matplotlib.pyplot as plt # 读取数据 data = pd.read_csv('D:/pythonProject/venv/BostonHousing2.csv') # 提取前13个指标的数据 X = data.iloc[:, 5:18].values # 数据标准化 scaler = StandardScaler() X_scaled = scaler.fit_transform(X) # 主成分分析 pca = PCA() X_pca = pca.fit_transform(X_scaled) # 特征值和特征向量 eigenvalues = pca.explained_variance_ eigenvectors = pca.components_.T # 碎石图 variance_explained = np.cumsum(eigenvalues / np.sum(eigenvalues)) plt.plot(range(6, 19), variance_explained, marker='o') plt.xlabel('Number of Components') plt.ylabel('Cumulative Proportion of Variance Explained') plt.title('Scree Plot') plt.show() # 选择主成分个数 n_components = np.sum(variance_explained <= 0.95) + 1 # 前2个主成分的载荷图 loadings = pd.DataFrame(eigenvectors[:, 0:2], columns=['PC1', 'PC2'], index=data.columns[0:13]) plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.scatter(loadings['PC1'], loadings['PC2'], alpha=0.7) for i, feature in enumerate(loadings.index): plt.text(loadings['PC1'][i], loadings['PC2'][i], feature) plt.xlabel('PC1') plt.ylabel('PC2') plt.title('Loading Plot') plt.grid() plt.show() # 主成分得分图 scores = pd.DataFrame(X_pca[:, 0:n_components], columns=['PC{}'.format(i+1) for i in range(n_components)]) plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.scatter(scores['PC1'], scores['PC2'], alpha=0.7) for i, label in enumerate(data['MEDV']): plt.text(scores['PC1'][i], scores['PC2'][i], label) plt.xlabel('PC1') plt.ylabel('PC2') plt.title('Scores Plot') plt.grid() plt.show() # 综合评估和排序 data['PC1_score'] = X_pca[:, 0] sorted_data = data.sort_values(by='PC1_score') # 主成分回归模型 from sklearn.linear_model import LinearRegression Y = data['MEDV'].values.reshape(-1, 1) X_pca_regression = X_pca[:, 0].reshape(-1, 1) regression_model = LinearRegression() regression_model.fit(X_pca_regression, Y) # 回归方程 intercept = regression_model.intercept_[0] slope = regression_model.coef_[0][0] equation = "MEDV = {:.2f} + {:.2f} * PC1".format(intercept, slope) print("Regression Equation:", equation) # 最小二乘估计结果 from statsmodels.api import OLS X_const = np.concatenate((np.ones((506, 1)), X_pca_regression), axis=1) ols_model = OLS(Y, X_const).fit() print("OLS Regression Summary:") print(ols_model.summary())

import pandas as pd import numpy as np from sklearn.decomposition import PCA from sklearn.preprocessing import StandardScaler import matplotlib.pyplot as plt # 读取数据 data = pd.read_csv('D:\\pythonProject\\venv\\BostonHousing2.csv') # 提取前13个指标的数据 X = data.iloc[:, 5:18].values # 数据标准化 scaler = StandardScaler() X_scaled = scaler.fit_transform(X) # 主成分分析 pca = PCA() X_pca = pca.fit_transform(X_scaled) # 特征值和特征向量 eigenvalues = pca.explained_variance_ eigenvectors = pca.components_.T # 碎石图 # variance_explained我给你放到下一个cell里面了,这里用eigenvalues代替variance_explained plt.plot(range(1, 14), eigenvalues, marker='o') plt.xlabel('Number of Components') plt.ylabel('Cumulative Proportion of Variance Explained') plt.title('Scree Plot') plt.show() # 选择主成分个数 variance_explained = np.cumsum(eigenvalues / np.sum(eigenvalues)) n_components = np.sum(variance_explained <= 0.95) + 1 # 前2个主成分的载荷图 loadings = pd.DataFrame(eigenvectors[:, 0:2], columns=['PC1', 'PC2'], index=data.columns[0:13]) plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.scatter(loadings['PC1'], loadings['PC2'], alpha=0.7) for i, feature in enumerate(loadings.index): plt.text(loadings['PC1'][i], loadings['PC2'][i], feature) plt.xlabel('PC1') plt.ylabel('PC2') plt.title('Loading Plot') plt.grid() plt.show() # 主成分得分图 scores = pd.DataFrame(X_pca[:, 0:n_components], columns=['PC{}'.format(i+1) for i in range(n_components)]) plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.scatter(scores['PC1'], scores['PC2'], alpha=0.7) for i, label in enumerate(data['medv']): plt.text(scores['PC1'][i], scores['PC2'][i], label) plt.xlabel('PC1') plt.ylabel('PC2') plt.title('Scores Plot') plt.grid() plt.show() # 综合评估和排序 data['PC1_score'] = X_pca[:, 0] sorted_data = data.sort_values(by='PC1_score') # 主成分回归模型 from sklearn.linear_model import LinearRegression Y = data['medv'].values.reshape(-1, 1) X_pca_regression = X_pca[:, 0].reshape(-1, 1) regression_model = LinearRegression() regression_model.fit(X_pca_regression, Y) # 回归方程 intercept = regression_model.intercept_[0] slope = regression_model.coef_[0][0] equation = "medv = {:.2f} + {:.2f} * PC1".format(intercept, slope) print("Regression Equation:", equation) # 最小二乘估计结果 from statsmodels.api import OLS X_const = np.concatenate((np.ones((506, 1)), X_pca_regression), axis=1) ols_model = OLS(Y, X_const).fit() print("OLS Regression Summary:") print(ols_model.summary())

根据所给的“学生成绩”数据。①计算每一门科目两两之间构成的相关系数矩阵;②使用主成分分析分别计算主成分的标准差、方差占比、累积方差贡献度以及主成分的载荷矩阵;③根据载荷矩阵系数判断应该选取几个主成分,构造主成分的表达式(综合指标),并做分析;④找出几个(至少两个)典型学生,并分析这些学生的成绩与主成分系数的关系。test<-read.table("D:/R/R Code/5/Chap7/test_score.csv", sep=",", header=T) (R<-round(cor(test), 3)) # sample correlation matrix test_PCA<-princomp(test, cor=T) # sample PCA summary(test_PCA, loadings=T) test[c(6,7,45,30,49),] # typical students for the first PC test[c(26,33,8),] # typical students for the second PC # sample principal components of the typical students samplePC<-(round(test_PCA$scores,3))[c(6,7,45,30,49,26,33,8),] rownames(samplePC)<-c(6,7,45,30,49,26,33,8) samplePC # another way to obtain the sample principal components samplePC2<-round(predict(test_PCA),3) [c(6,7,45,30,49,26,33,8),] rownames(samplePC2)<-c(6,7,45,30,49,26,33,8) samplePC2 screeplot (test_PCA, type="lines") # scree graph ### Canonical correlation health<-read.table("D:/R/R Code/5/Chap7/health.csv",sep=",", header=T) (R<-round(cor(health),3)) R11=R[1:3,1:3] R12=R[1:3,4:6] R21=R[4:6,1:3] R22=R[4:6,4:6] A<-solve(R11)%*%R12%*%solve(R22)%*%R21 # matrix for the first group Y1,Y2,Y3 ev<-eigen(A)$values # common eigenvalues of both groups round(sqrt(ev),3) # the canonical correlations health.std=scale(health) # standardize the original data ca=cancor(health.std[,1:3],health.std[,4:6]) # canonical correlation analysis via R ca$cor # canonical correlations ca$xcoef # the loadings (coefficients) of the first group ca$ycoef # the loadings (coefficients) of the second group

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