<第一周>降维

PCA###

矩阵的主成分就是其协方差矩阵对应的特征向量，按照对应的特征值大小进行排序，最大的特征值为第一主成分，以此类推

主要过程####

• 对所有样本进行中心化
• 计算样本的协方差矩阵 XX．T
• 对协方差矩阵做特征值分解
• 取最大的几个特征向量

使用方法####

sklearn sklearn.decomposition.PCA

参数：

• n_components
• svd_solver auto默认 full arpack randomized 特征值分解的方法

对鸢尾花进行降维

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Mon May 22 17:33:47 2017

@author: sfzyk
"""

import numpy as np
import sklearn.decomposition as skld

import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.datasets import load_iris

data=load_iris()
#字典形式
y=data.target

x=data.data
pca=skld.PCA(n_components=2)
reduced_x=pca.fit_transform(x)

red_x=[]
red_y=[]
blue_x=[]
blue_y=[]
green_x=[]
green_y=[]
for i in range(len(reduced_x)):
    if y[i]==0 :
        red_x.append(reduced_x[i][0])
        red_y.append(reduced_x[i][1])
    elif y[i]==1:
        blue_x.append(reduced_x[i][0])
        blue_y.append(reduced_x[i][1])
    elif y[i]==2:
        green_x.append(reduced_x[i][0])
        green_y.append(reduced_x[i][1])

#plt.plot(red_x,red_y,'or',blue_x,blue_y,'bo',green_x,green_y,'go')
plt.scatter(red_x,red_y)
plt.scatter(green_x,green_y)
plt.scatter(blue_x,blue_y)
plt.show()

非负矩阵分解###

NMF

给定非负矩阵V

NMF 可以找到一个W 与H 值使得WH近似等于矩阵V中的值

W矩阵 基础图像矩阵，相当于抽取出来的特征

H矩阵 稀疏矩阵

最小函数

传统上 欧氏距离

\( argmin\frac{1}{2}||X-WH||^{2=\frac{1}{2}(X_{ij}-WH_{ij})}2\)

KL散度的求解方法

\( graminJ(W,H)= \sum_{ij}(X_{ij}ln\frac{X_ij}{WH_ij}-X_{ij}+WH_{ij}) \)

具体求解是迭代算法

sklearn.decomposition.NMF 算

参数####

• n_components 用于只等分解后矩阵的单个维度k
• init W矩阵和H矩阵初始化方式，默认为nndsvdar
• ...

NMF的使用方法

NMF 人脸数据特征提取

设置k=6

            H k*400

W 4096k V 4096400

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Wed May 24 12:06:56 2017

@author: sfzyk
"""

import matplotlib.pyplot as plt
import sklearn.decomposition  as skld
import sklearn.datasets as skldata
import numpy as np

n_row,n_col=2,3
n_compeonents=6
image_shape=(64,64)
dataset=skldata.fetch_olivetti_faces(shuffle=True,random_state=np.random.RandomState(0))
def plot_gallery(title,images,n_col=n_col,n_row=n_row):
    plt.figure(figsize=(2.*n_col,2.26*n_row))
    plt.suptitle(title,size=16)
    for i,comp in enumerate(images):
        plt.subplot(n_row,n_col,i+1)
        vmax=max(comp.max(),-comp.min())
        plt.imshow(comp.reshape(image_shape),cmap=plt.cm.gray,interpolation='nearest',vmin=-vmax,vmax=vmax)
    plt.subplots_adjust(0.01,0.05,0.99,0.93,0.04,0.)

plot_gallery("RAW",dataset.images[0:6])

estimators=[('PCA',skld.PCA(n_components=6,whiten=True)),('NMF',skld.NMF(n_components=6,init='nndsvda',tol=5e-3))]
faces=dataset.data
for name,estimator in estimators:
    estimator.fit(faces)
    components_=estimator.components_
    plot_gallery(name,components_[:])
plt.show()