มีการตีความ


107

สำหรับเมทริกซ์ข้อมูล (พร้อมตัวแปรในคอลัมน์และจุดข้อมูลในแถว) ดูเหมือนว่าA T Aมีบทบาทสำคัญในสถิติ ตัวอย่างเช่นมันเป็นส่วนสำคัญของโซลูชันการวิเคราะห์ของกำลังสองน้อยสุดธรรมดา หรือสำหรับ PCA eigenvector นั้นเป็นองค์ประกอบหลักของข้อมูลAATA

ฉันเข้าใจวิธีคำนวณแต่ฉันสงสัยว่ามีการตีความที่เข้าใจง่ายเกี่ยวกับความหมายของเมทริกซ์นี้หรือไม่ซึ่งนำไปสู่บทบาทที่สำคัญATA


2
บางคนอาจจะมีสัญชาตญาณ afforded โดยการวิเคราะห์ที่stats.stackexchange.com/a/66295/919
— whuber

คำตอบ:


125

เรขาคณิตเมทริกซ์เรียกว่าเมทริกซ์ของผลิตภัณฑ์สเกลาร์ (= ผลิตภัณฑ์ดอท, = ผลิตภัณฑ์ชั้นใน) พีชคณิตเรียกว่าเมทริกซ์ผลรวมของสแควร์และครอสโปรดัคส์ ( SSCP )A′A

ของ -th องค์ประกอบในแนวทแยงเท่ากับΣ 2 ( ฉัน)ที่( ฉัน)หมายถึงค่าในฉันคอลัมน์ -th ของและΣคือผลรวมทั่วแถว ฉันเจ -th ปิดเส้นทแยงมุมองค์ประกอบนั้นเป็นΣ ( ฉัน) ( J )i∑a(i)2a(i)iA∑ij∑a(i)a(j)

มีค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมโยงที่สำคัญจำนวนหนึ่งและเมทริกซ์จตุรัสของพวกเขาถูกเรียกว่าแองกูลาร์คล้ายคลึงกันหรือความคล้ายคลึงกันประเภท SSCP:

  • การหารเมทริกซ์ SSCP ด้วยขนาดตัวอย่างหรือจำนวนแถวของAคุณจะได้รับเมทริกซ์MSCP (mean-square-and-cross-product) สูตรจับคู่ของการวัดความสัมพันธ์นี้จึง∑ x ynA (โดยมีเวกเตอร์xและyเป็นคู่คอลัมน์จากA)∑xynxyA

  • หากคุณอยู่ตรงกลางคอลัมน์ (ตัวแปร) ของดังนั้นA ′ Aคือscatter (หรือ co-scatter, ถ้าจะเข้มงวด) เมทริกซ์และA ′ A / ( n - 1 )คือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วม สูตรความแปรปรวนร่วมแบบ Pairwise คือ∑ c x c yAA′AA′A/(n−1)มีcxและcyหมายถึงคอลัมน์กลาง∑cxcyn−1cxcy

  • ถ้าคุณ z- มาตรฐานคอลัมน์ของ (ลบค่าเฉลี่ยของคอลัมน์และหารด้วยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน) ดังนั้นA ′ A / ( n - 1 )คือเมทริกซ์ความสัมพันธ์แบบเพียร์สัน: ความสัมพันธ์เป็นความแปรปรวนร่วมสำหรับตัวแปรมาตรฐาน สูตรจากจำนวนความสัมพันธ์เป็นΣ Z x Z YAA′A/(n−1)มีzxและzyแสดงถึงคอลัมน์มาตรฐาน สหสัมพันธ์เรียกอีกอย่างว่าสัมประสิทธิ์ของความเป็นเชิงเส้น∑zxzyn−1zxzy

  • หากคุณกำหนดขนาดคอลัมน์ของ (นำ SS, ผลบวกของกำลังสองไปเป็น 1) แล้วA ′ Aคือเมทริกซ์ความคล้ายคลึงโคไซน์ สูตรคู่ที่เทียบเท่าจึงปรากฏเป็น∑ u x u y = ∑ x yAA′Aกับuxและuyแสดงถึงคอลัมน์ที่ปรับให้เป็นมาตรฐาน L2 ความคล้ายคลึงกันของโคไซน์เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน∑uxuy=∑xy∑x2∑y2uxuy

  • ถ้าคุณอยู่ตรงกลางแล้วคอลัมน์ขนาดหน่วยของดังนั้นA ′ Aเป็นเมทริกซ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สันอีกครั้งเนื่องจากความสัมพันธ์เป็นโคไซน์สำหรับตัวแปรที่มีศูนย์กลาง1 , 2 : ∑ c u x c u y = ∑ c x c yAA′A1,2∑cuxcuy=∑cxcy∑cx2∑cy2

นอกเหนือจากมาตรการการเชื่อมโยงหลักทั้งสี่นี้แล้วให้เราพูดถึงมาตรการอื่นที่อิงจากเพื่อกำจัดมัน พวกมันถูกมองว่าเป็นมาตรการทางเลือกที่คล้ายคลึงกับโคไซน์เพราะมันต่างจากการทำให้เป็นมาตรฐาน, ตัวส่วนในสูตร:A′A

  • สัมประสิทธิ์ของตัวตน [Zegers & ten Berge, 1985] มีตัวส่วนในรูปของค่าเฉลี่ยเลขคณิตมากกว่าค่าเฉลี่ยทางเรขาคณิต: 2 มันสามารถเป็น 1 ถ้าหากว่าคอลัมน์การเปรียบเทียบของAนั้นเหมือนกัน∑xy(∑x2+∑y2)/2A

  • ค่าสัมประสิทธิ์การใช้งานอื่น ๆ เช่นเรียกว่าอัตราส่วนความคล้ายคลึงกัน : 2∑xy∑x2+∑y2−∑xy=∑xy∑xy+∑(x−y)2

  • สุดท้ายหากค่าในเป็นค่าลบของพวกเขาและผลรวมภายในคอลัมน์ที่ 1 (เช่นพวกเขาเป็นสัดส่วน) แล้ว√Aคือเมทริกซ์ของความเที่ยงตรงหรือสัมประสิทธิ์BhattacharyyaA′A


วิธีหนึ่งในการคำนวณสหสัมพันธ์หรือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมที่ใช้โดยชุดข้อมูลสถิติจำนวนมากข้ามข้อมูลที่อยู่กึ่งกลางและแยกออกจากเมทริกซ์ SSCP A ′ Aด้วยวิธีนี้ ให้ sเป็นเวกเตอร์แถวของผลรวมคอลัมน์ Aในขณะที่ nคือจำนวนแถวในข้อมูล จากนั้น (1) คำนวณเมทริกซ์กระจายเป็น C = ' - s ' s / n [นั่น C / ( n - 1 )จะเป็นเมทริกซ์ความแปรปรวน]; (2) เส้นทแยงมุมของ C1A′AsAnC=A′A−s′s/nC/(n−1)Cคือผลรวมของการเบี่ยงเบนกำลังสอง, เวกเตอร์แถว ; (3) คำนวณเมทริกซ์สหสัมพันธ์R = C / √d dR=C/d′d

ผู้อ่านที่เฉียบแหลม แต่มีสถิติอาจพบว่าเป็นการยากที่จะปรับความสัมพันธ์ทั้งสองให้สอดคล้องกัน - ในฐานะ "ความแปรปรวนร่วม" (ซึ่งรวมถึงค่าเฉลี่ยโดยขนาดตัวอย่างการหารโดยdf= "n-1") และเป็น "โคไซน์" ค่าเฉลี่ยดังกล่าว) แต่ในความเป็นจริงแล้วไม่มีการหาค่าเฉลี่ยจริงในสูตรแรกของสหสัมพันธ์ สิ่งที่เป็นที่ ส่วนเบี่ยงเบนโดยที่ Z-มาตรฐานก็ประสบความสำเร็จได้รับการคำนวณในทางกลับกันที่มีการแบ่งโดยการเดียวกันกับที่DF; และอื่น ๆ ส่วนคำว่า "n-1" ในสูตรของความสัมพันธ์ตามที่แปรปรวนอย่างสิ้นเชิงถ้าคุณยกเลิกการแกะสูตร: สูตรจะกลายเป็นสูตรของโคไซน์ การคำนวณค่าความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ที่คุณต้องการจริงๆไม่ได้ที่จะรู้ว่า n2n (ยกเว้นเมื่อคำนวณค่าเฉลี่ยไปยังกึ่งกลาง)



39

@NRH ให้คำตอบทางเทคนิคที่ดี

ATAA2


5
แม้ว่าคำตอบอื่น ๆ นั้นถูกต้องมากกว่า "เทคนิค" นี่เป็นคำตอบที่ง่ายที่สุด
— CatsLoveJazz

3

A′Am×nA:Rn→RmA

(A′A):Rn→Rn{e1,...,en}d1,…,dk

(A′A)(x1e1+…+xnen)=d1x1e1+...+dkxkek

(b) ช่วง (A) = Col (A), โดยคำจำกัดความของ Col (A) ดังนั้น A | Row (A) จะทำการแมป Row (A) เข้ากับ Col (A)

Av′=0⟺v is in Kernel(A)⟺vis in orthogonal complement of Row(A)

A(Rn)=A(Row(A))A|Row(A):Row(A)→Col(A)

Reason: If v = r+k (r \in Row(A), k \in Kernel(A),from (c)) then
A(v) = A(r) + 0 = A(r) where A(r) = 0 <==> r = 0$.

[บังเอิญให้หลักฐานว่าอันดับแถว = อันดับคอลัมน์!]

A′|:Col(A)=Row(A)→Col(A')=Row(A)

A′A(Rn)=Row(A)


2
LATEX

2

ATA

ATArowpATcolpAdot(rowp,colp)(p,p)ATA

pATkAdot(rowp,colk)(p,k)

(p,k)ATArowpcolkrowicoljrowicolj, และในทางกลับกัน.

Aij≠i

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


1

x→E[x2]A→ATA

xxi

a=[x1x2…xn]

x

x2¯=a⋅an
ATA

σ2=E[x2]ATAATA

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.