PCA가 한 쌍의 큰 거리 만 보존한다는 것은 무엇을 의미합니까?


10

나는 현재 t-SNE 시각화 기술을 읽고 있으며 고차원 데이터를 시각화하기 위해 PCA (Principal Component Analysis)를 사용하는 단점 중 하나는 점 사이의 큰 쌍 거리를 유지한다는 것입니다. 고차원 공간에서 멀리 떨어져있는 의미 점은 저 차원 부분 공간에서도 멀리 떨어져 있지만 다른 모든 쌍방향 거리는 망칠 수 있습니다.

왜 그런지 이해하고 그래픽으로 무엇을 의미하는지 이해할 수 있습니까?


PCA는 유클리드 거리와 마할 라 노비스 거리와 밀접한 관련이 있으며, 더 높은 차원에서는 근시이며, 작은 거리를 볼 수 없습니다.
— Aksakal

또한 가장 간단한 메트릭 MDS로 볼 수있는 PCA는 합한 제곱 유클리드 거리를 재구성하는 것에 관한 것 입니다. 거리가 좁 으면 조밀하고 정밀합니다.
— ttnphns 2016 년

답변:


8

다음 데이터 세트를 고려하십시오.

PCA 데이터 세트

PC1 축이 투영의 분산을 최대화합니다. 따라서이 경우 분명히 왼쪽 하단에서 오른쪽 상단으로 대각선으로 이동합니다.

넓은 쌍방향 거리 만 보존하는 PCA

원래 데이터 세트에서 가장 큰 쌍별 거리는이 두 개의 바깥 점 사이입니다. PC1에서는 거의 정확하게 보존됩니다. 작지만 여전히 상당한 쌍별 거리는 각각의 외부 지점과 다른 모든 지점 사이에 있습니다. 그것들도 합리적으로 잘 보존됩니다. 그러나 중앙 군집의 점 사이에서 훨씬 작은 쌍별 거리를 보면 일부가 크게 왜곡 된 것을 볼 수 있습니다.

이것이 올바른 직관을 제공한다고 생각합니다. PCA는 최대 분산으로 저 차원 부분 공간을 찾습니다. 최대 분산은 부분 공간이 중심에서 멀리 떨어진 지점에 가까워 지도록 정렬되는 경향이 있음을 의미합니다. 따라서 가장 큰 쌍별 거리는 잘 유지되는 경향이 있고 작은 거리는 덜 유지됩니다.

그러나 이것이 반드시 사실 이 아니기 때문에 공식적인 주장으로 바뀔 수는 없습니다. 주성분 분석과 다차원 스케일링의 차이점은 무엇입니까? 에서 내 대답을 살펴보십시오 . 위의 그림에서 점 을 가져 와서 쌍 거리의 행렬을 구성하고 가능한 한 거리를 유지하는 1D 투영이 무엇인지 묻는다면 대답은 MDS 솔루션에 의해 주어지고 PC1 . 당신이 생각한다면, 페어의 매트릭스는 스칼라 제품을 중심을, 그것은 이다1010×1010×10실제로 PC1에 의해 정확하게 보존되는 것이 가장 좋습니다 (증명은 저의 답변 참조). 그리고 한 쌍의 거리가 길면 대개 큰 스칼라 곱을 의미한다고 주장 할 수 있습니다. 실제로 MDS 알고리즘 중 하나 (클래식 / Torgerson MDS)가 명시 적으로이 가정을하고 있습니다.

요약하면 다음과 같습니다.

  1. PCA는 원래 스칼라 곱과 재구성 된 스칼라 곱 사이의 제곱 차이의 합이 최소화되어야한다는 점에서 쌍 스칼라 곱의 행렬을 보존하는 것을 목표로합니다.
  2. 즉, 절대 값이 가장 큰 스칼라 곱을 보존하고 절대 값이 작은 스칼라 곱은 제곱 오차의 합에 대해 더 적기 때문에 신경 쓰지 않습니다.
  3. 따라서 PCA는 더 큰 스칼라 제품을 작은 것보다 더 잘 보존합니다.
  4. 쌍방향 거리는 스칼라 곱과 비슷하거나 항상 그런 것은 아니지만 항상 유지됩니다. 이 경우 더 큰 페어 와이즈 거리가 작은 것보다 더 잘 유지됩니다.

나는 이것이 올바른 시각이라고 생각하지 않습니다. 차원 증가로 인해 상황이 어떻게 악화되는지는 보여주지 않습니다.
— Aksakal

2
당신의 요점을 잘 모르겠습니다, @Aksakal. 당신의 관점으로 대안적인 답변을 게시하는 것을 고려하십시오. 더 작은 쌍 거리보다 더 잘 보존하는 효과가 이미 2D에 존재한다고 생각합니다. 진행 상황을 이해하기 위해 높은 차원에 대해 생각할 필요가 없습니다. 따라서 간단한 2D 예제에 중점을 두었습니다.
— amoeba

당신이 그린 것은 모든 방법에 적용 가능합니다. 나는 몇 점을 아주 멀리 떨어 뜨려 놓고 나머지 부분을 능가한다고 주장 할 수있다. 유클리드 거리의 문제점은 다이내믹 레인지가 차원이 증가함에 따라 축소된다는 것입니다.
— Aksakal

+1, 그러나 나는 당신과 약간 다르게 억양을 옮길 것입니다 (주로 4 점). 문제는 이것들이 거리가 아니라 스칼라 곱 ( "이중 배분"행렬)이라는 것입니다. 결국 대각선이 주어지면 동일한 정보를 유지합니다. 오히려, 문제는 PCA 대 요인 분석 확률과 정확히 유사합니다. Torgerson의 PCoA는 PCA로서 sc의 재구성을 최대화하는 것을 목표로합니다. 찌르다. 행렬은 주로 대각선을 통해 이루어지며, 비 대각선 입구가 어떻게 맞춰 지는지 구체적으로 제어하지 않습니다.
— ttnphns

언급 된 대각선의 자취는 전체적인 변동성이며 모든 제곱 쌍 거리의 합과 직접 관련되어 개별 거리를 남겨 둡니다. PCA로 재구성 된 데이터 클라우드는 원래의 제곱의 합과 관련하여 가장 가깝다는 Eckart-Young 정리에 의해 표현 될 수 있습니다. 즉, 이전 지점과 PCA 투영 지점 사이의 전체 제곱 거리는 최소입니다. 이것은 이전 쌍별 거리와 같지 않습니다-새로운 거리 거리 관계.
— ttnphns
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.