분산이 적은 PC가“유용한”PCA의 예 PC가 사용되고 저

일반적으로 PCA (Principal Component Analysis)에서는 데이터의 많은 변화를 설명하지 않기 때문에 처음 몇 대의 PC가 사용되고 저 분산 PC가 삭제됩니다.

그러나 저 변형 PC가 유용하고 (즉, 데이터의 맥락에서 사용하고, 직관적 인 설명 등이있는) 예를 버려서는 안되는 예가 있습니까?



답변

Jolliffe (1982) 에서 발췌 한 멋진 발췌문은 다음과 같습니다 . ” PCA의 저 분산 성분, 실제로 잡음이 있습니까? 테스트 할 방법이 있습니까? ” 꽤 직관적입니다.

공항에서 중요한 문제인 클라우드 기반 의 높이를 예측해야한다고 가정합니다 . 다양한 기후 변수 표면 온도, 측정 T S 및 표면 이슬점, T에 D를 . 여기서, T d 는 수증기로 표면 공기가 포화되는 온도이고, 차이 T sT d 는 표면 습도의 측정치이다. 이제 T s , T d 는 일반적으로 양의 상관 관계가 있으므로 기후 변수의 주성분 분석에는 T 와 높은 상관 관계가있는 고 분산 성분이 있습니다.

H

Ts

Td

Td

Ts−Td

Ts,Td

T sT d 와 유사하게 상관되는 저 분산 성분. 그러나 H는 행 습도 따라서 관련된 T (S)T (D) 에 대한 빈약 한 예측 줄 것이다 저 분산 성분을 거부 전략에 따라서, 즉, 낮은 분산보다 높은 분산 성분 H를 .

Ts+Td

Ts−Td

H

Ts−Td

H


이 예에 대한 논의는 측정되어 분석에 포함되는 다른 기후 변수의 알려지지 않은 영향으로 인해 반드시 모호합니다. 그러나 그것은 종속 변수가 저 분산 성분과 관련되어 물리적으로 그럴듯한 경우를 보여 주며, 문헌에서 세 가지 실험적 예를 확인시켜 준다.

또한 클라우드 기반 예제는 1966-73 년 동안 카디프 (웨일즈) 공항의 데이터에 대해 테스트되었으며 기후 조건이 하나 인 해수면 온도도 추가되었습니다. 결과는 본질적으로 상기 예측 된 바와 같았다. 마지막 주성분은 약이었다
만 0 · 4 전체 변화의 퍼센트를 차지했다. 그러나 주성분 회귀 분석에서는 H 의 가장 중요한 예측 변수였습니다 . [공포도 추가]

Ts−Td

H

두 번째 단락의 마지막 문장에서 언급 된 문헌의 세 가지 예는 내가 연결된 질문에 대한 대답 에서 언급 한 세 가지 예 입니다.


참고 문헌
Jolliffe, IT (1982). 회귀에 주성분을 사용하는 것에주의하십시오. 응용 통계, 31 (3), 300–303. http://automatica.dei.unipd.it/public/Schenato/PSC/2010_2011/gruppo4-Building_termo_identification/IdentificazioneTermodinamica20072008/Biblio/Articoli/PCR%20vecchio%2082.pdf 에서 검색했습니다 .


답변

R이 있으면 crabsMASS 패키지 의 데이터에 좋은 예가 있습니다.

> library(MASS)
> data(crabs)
> head(crabs)

  sp sex index   FL  RW   CL   CW  BD
1  B   M     1  8.1 6.7 16.1 19.0 7.0
2  B   M     2  8.8 7.7 18.1 20.8 7.4
3  B   M     3  9.2 7.8 19.0 22.4 7.7
4  B   M     4  9.6 7.9 20.1 23.1 8.2
5  B   M     5  9.8 8.0 20.3 23.0 8.2
6  B   M     6 10.8 9.0 23.0 26.5 9.8

> crabs.n <- crabs[,4:8]
> pr1 <- prcomp(crabs.n, center=T, scale=T)
> cumsum(pr1$sdev^2)/sum(pr1$sdev^2)
[1] 0.9577670 0.9881040 0.9974306 0.9996577 1.0000000

분산의 98 % 이상이 처음 두 PC에서 “설명”되지만 실제로 이러한 측정을 수집하고 연구 한 경우 세 번째 PC는 게의 종과 밀접한 관련이 있기 때문에 매우 흥미 롭습니다. 그러나 PC1 (게의 크기에 해당하는 것으로 보임)과 PC2 (게의 성별에 해당하는 것으로 보임)에 늪이 있습니다.


답변

내 경험에서 얻은 두 가지 예 (화학, 광학 / 진동 / 라만 분광법)는 다음과 같습니다.

  • 최근에 광학 데이터 분석 데이터를 사용했는데, 원시 데이터의 총 분산의 99 % 이상이 배경 조명 (측정 지점에서 스포트라이트가 다소 강렬하고 형광등이 켜지거나 꺼졌으며 구름이 많거나 적음) 태양). 알려진 영향 요인 (원시 데이터에서 PCA에 의해 추출, 이러한 변화를 다루기 위해 추가로 측정 한 것)의 광학 스펙트럼을 사용한 백그라운드 보정 후, 우리가 관심을 갖는 효과는 PC 4 및 5에 나타났습니다.
    PC 1 및 3 측정 된 샘플의 다른 영향으로 인해 PC 2는 측정 중 기기 팁 가열과 관련이 있습니다.

  • 다른 측정에서, 측정 된 스펙트럼 범위에 대해 색 보정이없는 렌즈가 사용되었다. 색수차는 ca. 사전 처리 된 데이터의 총 분산의 90 % (대부분 PC 1에서 캡처).
    이 데이터의 경우 정확히 무슨 일이 일어 났는지 깨닫는 데 오랜 시간이 걸렸지 만 더 나은 목표로 전환하면 나중에 실험 할 때 문제가 해결되었습니다.

(이 연구가 아직 게시되지 않았으므로 세부 정보를 표시 할 수 없습니다)


답변

분산이 낮은 PC는 기본 데이터가 어떤 방식으로 클러스터링되거나 그룹화되는 공분산 매트릭스에서 PCA를 수행 할 때 가장 도움이된다는 것을 알았습니다. 그룹 중 하나가 다른 그룹보다 평균 분산이 실질적으로 낮 으면 가장 작은 PC가 해당 그룹에 의해 지배됩니다. 그러나 해당 그룹에서 결과를 버리고 싶지 않은 이유가있을 수 있습니다.

재무에서 주식 수익률은 연간 표준 편차의 약 15-25 %입니다. 채권 수익률의 변화는 역사적으로 표준 편차가 훨씬 낮습니다. 주식 수익률의 공분산 매트릭스와 채권 수익률의 변화에 ​​대해 PCA를 수행하는 경우 상위 PC는 모두 주식의 변동을 반영하고 가장 작은 PC는 채권의 변동을 반영합니다. 채권을 설명하는 PC를 폐기하면 문제가 생길 수 있습니다. 예를 들어, 채권은 주식과는 매우 다른 분포 특성을 가질 수 있습니다 (얇은 꼬리, 시변 분산 특성, 평균 역전, 공적분 등). 상황에 따라 모델링하는 것이 매우 중요 할 수 있습니다.

상관 관계 매트릭스에서 PCA를 수행하면 상단 근처에 본드를 설명하는 더 많은 PC가 표시 될 수 있습니다.


답변

에서 이 이야기 ( 슬라이드 ) 발표자는 높은 변동성과 낮은 변동성 기능 사이의 차별에 PCA의 사용에 대해 설명합니다.

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