十分钟搞定PCA主成分分析
在数据建模当中我们经常会听到一个词叫做降维,首先咱们先来唠一唠数据为啥要降维呢?最主要的原因还是在于一方面使得我们需要计算的量更少啦,想象一下一个100维的数据和一个10维数据计算的速度肯定是不一样的,另一方面如果我们的数据中有很无关特征,这些对结果看起来没什么促进的作用,那我们就干脆把有价值的拿出来,因为他们才是决定模型的关键!
第一个强调的关键点:PCA是一种无监督算法,也就是我们不需要标签也能对数据做降维,这就使得其应用范围更加广泛了。那么PCA的核心思想是什么呢?这里我们提到了方差,咱们可以想象一下,如果一群人都堆叠在一起,我们想区分他们是不是比较困难,但是如果这群人站在马路两侧,我们就可以很清晰的判断出来应该这是两伙人。所以基于方差我们可以做的就是让方差来去判断咱们数据的拥挤程度,在这里我们认为方差大的应该辨识度更高一些,因为分的比较开(一条马路给隔开啦)。但是PCA也有一个问题,原来的数据中比如包括了年龄,性别,身高等指标降维后的数据既然维度变小了,那么每一维都是什么含义呢?这个就很难解释了,所以PCA本质来说是无法解释降维后的数据的物理含义,换句话说就是降维完啦计算机能更好的认识这些数据,但是咱们就很难理解了。
在我们深入到PCA原理之前,先来解释一下什么叫基,把这个搞清楚之后就好理解了,大家一般所认识的坐标系一般都是X,Y轴。
就像我们图上面的,我说有一个向量(3,2),但是为什么这个向量是这样的表示呢?因为它在我们的做标系中,如果我把坐标系换了,它就不是(3,2)了。作为基,首先的一个前提就是要相互垂直,或者说内积为0,因为X和Y它们表达的分别是两种指标,我们不希望它们之间内部存在任何联系,所以必须让他们内积为0,这样就是各自独立的啦!
那么对我们坐标来说能否进行变换呢?肯定是可以的,比如我现在把(3,2)变换到另外一组基中,它的表达方式就不一样啦!这回咱们应该发现了这样一个事了吧,所谓的降维就是要把我们的数据投影到最合适的基中,那下面我们的目标就是寻找最好的基!
咱这之前,还是得先来了解下另外一个知识点,叫做协方差,刚才我们已经有了目标就是寻找一个基,可以使得我们数据投影过去后方差能够越大越好!这个是我们的前提,但是只满足这一点就够了嘛?还不可以,因为我们还需要保证基的前提就是相互垂直,这就可以用协方差来进行表示啦,如果两个变量他们之间是相互独立的那么它们的协方差就必定为0,这就是我们的第二点要求啦,数据投影到的新基,其各个维度协方差都必须为0。(上图中假定数据各个维度均值为0)
终于到啦要揭开谜底的时候啦!我们恰好遇到了一个东西叫做协方差矩阵,在公式中只需要对数据X进行变换就可以得到的。观察一下协方差矩阵,恰好发现了这样一个事,主对角线不就是我们的方差嘛(假设均值为0),非对角线上的元素又恰好是协方差。按照咱们之前的两点约定,我们只需要让方差越大越好,并且协方差等于0不就可以啦嘛!
怎么做上面的那件事呢?这就是我们的目标了。让非对角线全为0这就需要对矩阵进行对角化啦,按照我们上面的定理,我们可以完成对角化操作,对我们所得的协方差矩阵求解其特征值与特征向量不就OK啦嘛。接下来按照特征值的大小进行排列,如果你想把数据降到3维,那就取前3个特征值所对应的特征向量就可以啦!
全部的过程就在这里啦,其实只需要得到协方差矩阵,然后对角化,将得到的特征向量进行选择就得到我们要投影到的基啦!数据降维操作就这么愉快的搞定啦!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
数据分析在当今信息时代发挥着重要作用。单因素方差分析(One-Way ANOVA)是一种关键的统计方法,用于比较三个或更多独立样本组 ...
2025-04-25CDA持证人简介: 居瑜 ,CDA一级持证人国企财务经理,13年财务管理运营经验,在数据分析就业和实践经验方面有着丰富的积累和经 ...
2025-04-25在当今数字化时代,数据分析师的重要性与日俱增。但许多人在踏上这条职业道路时,往往充满疑惑: 如何成为一名数据分析师?成为 ...
2025-04-24以下的文章内容来源于刘静老师的专栏,如果您想阅读专栏《刘静:10大业务分析模型突破业务瓶颈》,点击下方链接 https://edu.cda ...
2025-04-23大咖简介: 刘凯,CDA大咖汇特邀讲师,DAMA中国分会理事,香港金管局特聘数据管理专家,拥有丰富的行业经验。本文将从数据要素 ...
2025-04-22CDA持证人简介 刘伟,美国 NAU 大学计算机信息技术硕士, CDA数据分析师三级持证人,现任职于江苏宝应农商银行数据治理岗。 学 ...
2025-04-21持证人简介:贺渲雯 ,CDA 数据分析师一级持证人,互联网行业数据分析师 今天我将为大家带来一个关于用户私域用户质量数据分析 ...
2025-04-18一、CDA持证人介绍 在数字化浪潮席卷商业领域的当下,数据分析已成为企业发展的关键驱动力。为助力大家深入了解数据分析在电商行 ...
2025-04-17CDA持证人简介:居瑜 ,CDA一级持证人,国企财务经理,13年财务管理运营经验,在数据分析实践方面积累了丰富的行业经验。 一、 ...
2025-04-16持证人简介: CDA持证人刘凌峰,CDA L1持证人,微软认证讲师(MCT)金山办公最有价值专家(KVP),工信部高级项目管理师,拥有 ...
2025-04-15持证人简介:CDA持证人黄葛英,ICF国际教练联盟认证教练,前字节跳动销售主管,拥有丰富的行业经验。在实际生活中,我们可能会 ...
2025-04-14在 Python 编程学习与实践中,Anaconda 是一款极为重要的工具。它作为一个开源的 Python 发行版本,集成了众多常用的科学计算库 ...
2025-04-14随着大数据时代的深入发展,数据运营成为企业不可或缺的岗位之一。这个职位的核心是通过收集、整理和分析数据,帮助企业做出科 ...
2025-04-11持证人简介:CDA持证人黄葛英,ICF国际教练联盟认证教练,前字节跳动销售主管,拥有丰富的行业经验。 本次分享我将以教培行业为 ...
2025-04-11近日《2025中国城市长租市场发展蓝皮书》(下称《蓝皮书》)正式发布。《蓝皮书》指出,当前我国城市住房正经历从“增量扩张”向 ...
2025-04-10在数字化时代的浪潮中,数据已经成为企业决策和运营的核心。每一位客户,每一次交易,都承载着丰富的信息和价值。 如何在海量客 ...
2025-04-09数据是数字化的基础。随着工业4.0的推进,企业生产运作过程中的在线数据变得更加丰富;而互联网、新零售等C端应用的丰富多彩,产 ...
2025-04-094月7日,美国关税政策对全球金融市场的冲击仍在肆虐,周一亚市早盘,美股股指、原油期货、加密货币、贵金属等资产齐齐重挫,市场 ...
2025-04-08背景 3月26日,科技圈迎来一则重磅消息,苹果公司宣布向浙江大学捐赠 3000 万元人民币,用于支持编程教育。 这一举措并非偶然, ...
2025-04-07在当今数据驱动的时代,数据分析能力备受青睐,数据分析能力频繁出现在岗位需求的描述中,不分岗位的任职要求中,会特意标出“熟 ...
2025-04-03