主成分分析方法-PPT课件
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主成分分析法PPT课件
6
3.832E-16
2.017E-15 100.000
7
3.351E-16
1.764E-15 100.000
8
2.595E-16
1.366E-15 100.000
000
10
1.683E-16
8.860E-16 100.000
11
7.026E-17
3.698E-16 100.000
• 因子分析是要利用少数几个公共因子去解释较多个要观测 变量中存在的复杂关系,它不是对原始变量的重新组合,而 是对原始变量进行分解,分解为公共因子与特殊因子两部分. 公共因子是由所有变量共同具有的少数几个因子；特殊因 子是每个原始变量独自具有的因子.
3、应用中的优缺点比较
• 主成分分析 优点：首先它利用降维技术用少数几个综合变量来代替 原始多个变量,这些综合变量集中了原始变量的大部分信 息.其次它通过计算综合主成分函数得分,对客观经济现象 进行科学评价.再次它在应用上侧重于信息贡献影响力综 合评价. 缺点：当主成分的因子负荷的符号有正有负时,综合评价 函数意义就不明确.命名清晰性低.
12
2.750E-19
1.447E-18 100.000
13
-7.503E-17 -3.949E-16 100.000
14
-1.291E-16 -6.794E-16 100.000
15
-1.742E-16 -9.168E-16 100.000
16
-2.417E-16 -1.272E-15 100.000
四、主成分分析法的步骤
1数据归一化处理：数据标准化Z 2计算相关系数矩阵R： 3计算特征值；
特征值越大说明重要程度越大.
4计算主成分贡献率及方差的累计贡献率； 5计算主成分载荷与特征向量：
第11章(1)主成分分析 ppt课件
假定有n个样本，每个样本共有p个变量， 构成一个n×p阶的地理数据矩阵
x11
X
x21
xn1
x12 x1 p
x22
x2
p
xn 2
xnp
（1）
ppt课件
20
当p较大时，在p维空间中考察问题比较麻烦。 为了克服这一困难，就需要进行降维处理，即用 较少的几个综合指标代替原来较多的变量指标， 而且使这些较少的综合指标既能尽量多地反映原 来较多变量指标所反映的信息，同时它们之间又 是彼此独立的。
2 141.503 1.684 24.301 1752.35 452.26 32.314
14.464 1.455 27.066
3 100.695 1.067 65.601 1181.54 270.12 18.266
0.162
7.474 12.489
4 143.739 1.336 33.205 1436.12 354.26 17.486
k1
k1
ppt课件
（4）
25
（二）计算特征值与特征向量：
① 解特征方程 I R 0 ，常用雅可比法 （Jacobi）求出特征值，并使其按大小顺序排
列 12 ,p0；
②
分别求出对应于特征值
的特征向量
i
ei(i1 ,2, ,p)，要求 e i =1，即
，
p
其中 e表i2j 示1向量 的e i第j j个分量。e i
ppt课件
23
从以上的分析可以看出，主成分分析的
实质就是确定原来变量xj（j=1，2 ，…， p） 在诸主成分zi（i=1，2，…，m）上的荷载 lij （ i=1，2，…，m； j=1，2 ，…，p）。
从数学上容易知道，从数学上可以证明，
x11
X
x21
xn1
x12 x1 p
x22
x2
p
xn 2
xnp
（1）
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当p较大时，在p维空间中考察问题比较麻烦。 为了克服这一困难，就需要进行降维处理，即用 较少的几个综合指标代替原来较多的变量指标， 而且使这些较少的综合指标既能尽量多地反映原 来较多变量指标所反映的信息，同时它们之间又 是彼此独立的。
2 141.503 1.684 24.301 1752.35 452.26 32.314
14.464 1.455 27.066
3 100.695 1.067 65.601 1181.54 270.12 18.266
0.162
7.474 12.489
4 143.739 1.336 33.205 1436.12 354.26 17.486
k1
k1
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（4）
25
（二）计算特征值与特征向量：
① 解特征方程 I R 0 ，常用雅可比法 （Jacobi）求出特征值，并使其按大小顺序排
列 12 ,p0；
②
分别求出对应于特征值
的特征向量
i
ei(i1 ,2, ,p)，要求 e i =1，即
，
p
其中 e表i2j 示1向量 的e i第j j个分量。e i
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23
从以上的分析可以看出，主成分分析的
实质就是确定原来变量xj（j=1，2 ，…， p） 在诸主成分zi（i=1，2，…，m）上的荷载 lij （ i=1，2，…，m； j=1，2 ，…，p）。
从数学上容易知道，从数学上可以证明，
主成分分析方法PPT课件
X
x21
x22
x2
p
xn1
xn 2
xnp
❖ 当p较大时，在p维空间中考察问题比较麻烦。 为了克服这一困难，就需要进行降维处理. 要求：较少的几个综合指标尽量多地反映原来较 多变量指标所反映的信息，同时它们之间又是彼 此独立的
例，成绩数据
❖ 100个学生的数学、物理、化学、语文、历 史、英语的成绩如下表（部分）。
p
lk2j 1, (k 1,2,, m)
j 1
Rlk lk (R E)lk 0
计算主成分贡献率及累计贡献率
▲贡献率:
k
p
i
(k 1,2,, p)
i 1
▲累计贡献率:
k
p
j1 j / i1 i
一般取累计贡献率达85—95%的特征值 1, 2 ,, m 所对应的第一、第二、…、第m（m≤p）个主成分
6
6
样方
1
物种X1 1
物种X2 5
2 3 4 5 6 总和 2 0 2 -4 -1 0 2 1 0 -4 -4 0
种X2
X2
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
种X1
6 5 4 3 2 1 0 -5 -4 -3 -2 -1-1 0 1 2 3 4 5 6 -2 -3 -4 -5
X1
中心化后的原始数据矩阵
X
1 5
2 2
0 1
2 0
4 4
1 4
❖ 把坐标轴X1、 X2刚性地旋转 一个角度，得
到图中新坐标
轴Y1和Y2
X2
6
第九章 主成分分析PPT课件
➢ 因而，人们希望对这些变量加以“改造”，用少数的互 不相关的新变量反映原始变量所提供的绝大部分信息， 通过对新变量的分析解决问题。
前言
➢ 主成分分析是把各变量之间互相关联的复 杂关系进行简化分析的方法。
➢ 在多指标的数据分析中，压缩指标个数的 讨论成为实际工作者关心的问题之一。
➢ 主成分分析就是将多个指标转化为少数几 个综合指标的一种常用的统计方法
5维空间在平面上的投影
x2 y2
x1
x3
y1 x4
x5
y1 =l11x1 +l21x2 +…+l51x5 y2 =l21x1 +l22x2 +…+l52x5
x2
y2
x1
x3 y1
x4为Z，标准化后的变量记为X。作标准化变换：
z j
1 n
n
zkj
k 1
xkj
zkj sj
➢ yl，y2除了可以对包含在xl，x2中的信息起着 浓缩作用之外，还具有不相关（图形中表 现为正交）的性质，这就使得在研究复杂 的问题时避免了信息重叠所带来的虚假性。 二维平面上的个点的方差大部分都归结在 yl 轴上，而y2轴上的方差很小。 yl 和 y2 称为 原始变量xl和x2的综合变量。 y 简化了系统 结构，抓住了主要矛盾。
➢ 主成分分析能起到既减少指标个数，又不影响所要达 到的统计分析的目的。
➢ 要注意的是，主成分分析方法往往是一种 手段，它要与其它方法结合起来使用。
➢ 常与回归分析、因子分析、聚类分析结合 在一起使用
问题的提出
设在一个问题中，有n个个体，对每一个个体测定了p个指 标，其观察值组成了一个矩阵
x11 x12 ... x1p
前言
➢ 主成分分析是把各变量之间互相关联的复 杂关系进行简化分析的方法。
➢ 在多指标的数据分析中，压缩指标个数的 讨论成为实际工作者关心的问题之一。
➢ 主成分分析就是将多个指标转化为少数几 个综合指标的一种常用的统计方法
5维空间在平面上的投影
x2 y2
x1
x3
y1 x4
x5
y1 =l11x1 +l21x2 +…+l51x5 y2 =l21x1 +l22x2 +…+l52x5
x2
y2
x1
x3 y1
x4为Z，标准化后的变量记为X。作标准化变换：
z j
1 n
n
zkj
k 1
xkj
zkj sj
➢ yl，y2除了可以对包含在xl，x2中的信息起着 浓缩作用之外，还具有不相关（图形中表 现为正交）的性质，这就使得在研究复杂 的问题时避免了信息重叠所带来的虚假性。 二维平面上的个点的方差大部分都归结在 yl 轴上，而y2轴上的方差很小。 yl 和 y2 称为 原始变量xl和x2的综合变量。 y 简化了系统 结构，抓住了主要矛盾。
➢ 主成分分析能起到既减少指标个数，又不影响所要达 到的统计分析的目的。
➢ 要注意的是，主成分分析方法往往是一种 手段，它要与其它方法结合起来使用。
➢ 常与回归分析、因子分析、聚类分析结合 在一起使用
问题的提出
设在一个问题中，有n个个体，对每一个个体测定了p个指 标，其观察值组成了一个矩阵
x11 x12 ... x1p
【2024版】主成分分析PPT课件
协方差矩阵的对角线上的元素之和等于特征根 之和。
三、精度分析
1）贡献率：第i个主成分的方差在全部方差中所占
比重
i
p
i 1
i
，称为贡献率
，反映了原来P个指标多大
的信息，有多大的综合能力 。
2）累积贡献率：前k个主成分共有多大的综合能力， 用这k个主成分的方差和在全部方差中所占比重
k
p
i i
i1
主成分分析试图在力保数据信息丢失最少 的原则下，对这种多变量的截面数据表进行 最佳综合简化，也就是说，对高维变量空间 进行降维处理。
很显然，识辨系统在一个低维空间要比 在一个高维空间容易得多。
在力求数据信息丢失最少的原则下，对高维的变 量空间降维，即研究指标体系的少数几个线性组合， 并且这几个线性组合所构成的综合指标将尽可能多 地保留原来指标变异方面的信息。这些综合指标就 称为主成分。要讨论的问题是：
四、原始变量与主成分之间的相关系数
Fj u1 j x1 u2 j x2 upj xp j 1,2,, m, m p
F UX UF X
x1 u11 u12 L u1p F1
x2
M
u21 M
u22 M
L
u2
p
F2
M M
x
p
u p1
up2
L
u
pp
Fp
Cov(xi , Fj ) Cov(ui1F1 ui2F2 L uipFp , Fj ) uij j
u11 u12 u1p
U
(u1
,,
up
)
u21
u22
u2
p
u p1
up2
u
pp
《主成分分析法》课件
目的
主成分分析法的目的是减少数据的维 度，同时保留数据中的主要信息，以 便更好地理解和分析数据。
历史与发展
1901年
由英国统计学家Karl Pearson提出主成分的概 念。
1933年
美国统计学家Harold Hotelling将主成分分析 法应用于心理学和教育学领域。
20世纪70年代
随着计算机技术的发展，主成分分析法在各个领域得到广泛应用。
04
主成分分析法的步骤
数据标准化
总结词
消除量纲和数量级对分析的影响
详细描述
在进行主成分分析之前，需要对数据进行标准化处理，即将各指标的均值调整为0，标准差调整为1， 以消除不同量纲和数量级对分析的影响。
计算相关系数矩阵
总结词
衡量变量间的相关性
VS
详细描述
通过计算原变量之间的相关系数矩阵，可 以了解各变量之间的相关性。相关系数矩 阵中的元素表示各指标之间的相关系数， 用于衡量变量间的线性关系。
详细描述
市场细分是主成分分析法在市场营销领域中的重要应 用。通过对市场数据进行主成分分析，可以提取出影 响市场需求的共同因素，进而将市场划分为不同的子 市场。这种分析方法有助于企业识别不同子市场的需 求特点、消费行为和竞争状况，为制定针对性的营销 策略提供依据。
实例二：客户分类
要点一
总结词
利用主成分分析法对客户进行分类，有助于企业更好地了 解客户群体特征，提高客户满意度和忠诚度。
01
数学模型
主成分分析通过线性变换将原始 变量转换为彼此独立的主成分， 这种变换是线性的。
变换矩阵
02
03
特征向量
线性变换需要一个变换矩阵，该 矩阵由原始变量和主成分之间的 系数构成。
主成分分析法的目的是减少数据的维 度，同时保留数据中的主要信息，以 便更好地理解和分析数据。
历史与发展
1901年
由英国统计学家Karl Pearson提出主成分的概 念。
1933年
美国统计学家Harold Hotelling将主成分分析 法应用于心理学和教育学领域。
20世纪70年代
随着计算机技术的发展，主成分分析法在各个领域得到广泛应用。
04
主成分分析法的步骤
数据标准化
总结词
消除量纲和数量级对分析的影响
详细描述
在进行主成分分析之前，需要对数据进行标准化处理，即将各指标的均值调整为0，标准差调整为1， 以消除不同量纲和数量级对分析的影响。
计算相关系数矩阵
总结词
衡量变量间的相关性
VS
详细描述
通过计算原变量之间的相关系数矩阵，可 以了解各变量之间的相关性。相关系数矩 阵中的元素表示各指标之间的相关系数， 用于衡量变量间的线性关系。
详细描述
市场细分是主成分分析法在市场营销领域中的重要应 用。通过对市场数据进行主成分分析，可以提取出影 响市场需求的共同因素，进而将市场划分为不同的子 市场。这种分析方法有助于企业识别不同子市场的需 求特点、消费行为和竞争状况，为制定针对性的营销 策略提供依据。
实例二：客户分类
要点一
总结词
利用主成分分析法对客户进行分类，有助于企业更好地了 解客户群体特征，提高客户满意度和忠诚度。
01
数学模型
主成分分析通过线性变换将原始 变量转换为彼此独立的主成分， 这种变换是线性的。
变换矩阵
02
03
特征向量
线性变换需要一个变换矩阵，该 矩阵由原始变量和主成分之间的 系数构成。
第三章第5节主成分分析PPT课件
第5节 主成分分析
❖主成分分析的基本原理 ❖主成分分析的解法 ❖主成分分析方法应用实例
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
问题的提出
❖ 地理系统是多要素的复杂系统。在地理学研究中，多变量 问题是经常会遇到的。变量太多，无疑会增加分析问题的 难度与复杂性，而且在许多实际问题中，多个变量之间是 具有一定的相关关系的。
❖ 那么这个椭圆有一个长轴和一个短轴。在短轴方向上， 数据变化很少；在极端的情况，短轴如果退化成一点， 那只有在长轴的方向才能够解释这些点的变化了；这样， 由二维到一维的降维就自然完成了。
6
❖ 当坐标轴和椭圆的长短轴平行，那么代表长轴的变量就 描述了数据的主要变化，而代表短轴的变量就描述了数 据的次要变化。
y13 y23
y14 y24
y15 y25
y16 y26
c so in c sio n s x x 1 21 1x x 1 22 2x x 1 23 3x x 1 24 4x x 1 25 5x x 1 2 6 6
UX
❖ U是坐标旋转的变换矩阵，它是正交矩阵，有UT=U-1，即 UUT=I（I为单位矩阵）
❖ 但是，坐标轴通常并不和椭圆的长短轴平行。因此，需 要寻找椭圆的长短轴，并进行变换，使得新变量和椭圆 的长短轴平行。
❖ 如果长轴变量代表了数据包含的大部分信息，就用该变 量代替原先的两个变量（舍去次要的一维），降维就完 成了。
❖ 椭圆（球）的长短轴相差得越大，降维也越有道理。
7
❖主成分分析的基本原理 ❖主成分分析的解法 ❖主成分分析方法应用实例
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
问题的提出
❖ 地理系统是多要素的复杂系统。在地理学研究中，多变量 问题是经常会遇到的。变量太多，无疑会增加分析问题的 难度与复杂性，而且在许多实际问题中，多个变量之间是 具有一定的相关关系的。
❖ 那么这个椭圆有一个长轴和一个短轴。在短轴方向上， 数据变化很少；在极端的情况，短轴如果退化成一点， 那只有在长轴的方向才能够解释这些点的变化了；这样， 由二维到一维的降维就自然完成了。
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❖ 当坐标轴和椭圆的长短轴平行，那么代表长轴的变量就 描述了数据的主要变化，而代表短轴的变量就描述了数 据的次要变化。
y13 y23
y14 y24
y15 y25
y16 y26
c so in c sio n s x x 1 21 1x x 1 22 2x x 1 23 3x x 1 24 4x x 1 25 5x x 1 2 6 6
UX
❖ U是坐标旋转的变换矩阵，它是正交矩阵，有UT=U-1，即 UUT=I（I为单位矩阵）
❖ 但是，坐标轴通常并不和椭圆的长短轴平行。因此，需 要寻找椭圆的长短轴，并进行变换，使得新变量和椭圆 的长短轴平行。
❖ 如果长轴变量代表了数据包含的大部分信息，就用该变 量代替原先的两个变量（舍去次要的一维），降维就完 成了。
❖ 椭圆（球）的长短轴相差得越大，降维也越有道理。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定义：记x1，x2，…，xP为原变量指标，z1， z2，…，zm（m≤p）为新变量指标
z1 l1 1x1 l1 2x2 l1 p x p z2 l2 1x1 l2 2x2 l2 p x p z l x l x l x m1 1 m2 2 mp p m
2.根据特征根的变化来确定
1 p i 1 p i1
i
④ 计算主成分载荷
l p ( z , x ) e ( i , j 1 , 2 , , p )（3.5.5） ij i j i ij
⑤ 各主成分的得分：
z11 z 21 Z z n1 z12 z 22 zn2 z 1m z 2m z nm
六、主成分模型中各统计量的意义
１、主成分的方差贡献率：
i
p
i1
i
这个值越大，表明第i主成分综合信息的
能力越强。 i 2、主成分的累计贡献率 i 表明取前几个主成分基本包含了全部测 量指标所具有信息的百分率。
七、主成分个数的选取
1.累积贡献率达到85%以上
ei
e i 1 , 2 , ,p )，要求 i(
p
j 1
e ij2 1 ，
③ 计算主成分贡献率及累计贡献率
▲贡献率:
i
k 1
p
(i 1 ,2, , p)
k
▲累计贡献率:
k 1 k 1 p i k
(i 1,2, , p )
k
, , 一般取累计贡献率达85—95%的特征值 1 2, m 所对应的第一、第二、…、第m（m≤p） 个主成分。
r11 r 21 R r p1 r12 r22 rp 2 r1 p r2 p r pp
（3.5.3）
rij （ i ， j=1 ， 2 ， … ， p ）为原变量 xi 与 xj 的相关系数， rij=rji，其计算公式为：
save standardized as variables 2.analyze-data reduction-factor 3.指定参与分析的变量 4.运行factor 过程
九、解析主成分的实际经济意义
从系数的大小、系数的符号上进行分析。 系数绝对值较大，则表明该主成分主要
综合了绝对值大的变量。 正号表示变量与主成分作用同方向，负 号表示原变量与主成分作用反方向。 如果变量分组较有规则，则从特征向量 各分量数值作出组内组间对比分析。
从以上的分析可以看出，主成分分 析的实质就是确定原来变量xj（j=1， 2 ，…， p）在诸主成分zi（i=1， 2，…，m）上的荷载 lij（ i=1，
2，…，m； j=1，2 ，…，p）。
从数学上可以证明，它们分别是的
相关矩阵的m个较大的特征值所对 应的特征向量。
二、计算步骤
（一）计算相关系数矩阵
rij
(x
k 1 n k 1
n
ki
xi )(xkj xj )
2 2 ( x x ) kj j k 1 n
(xki xi )
（3.5.4）
（二）计算特征值与特征向量：
① 解特征方程 I R 0 ，常用雅可比法 （Jacobi）求出特征值，并使其按大小顺序排 , 0 列 ； 1 2 p ② 分别求出对应于特征值 的特征向量 i =1即 其中 e ij 表示向量 e i 的第j个分量。
假定有n个样本，每个样本共有p个变量，
构成一个n×p阶的数据矩阵
x11 x 21 X xn1 x12 x22 xn 2 x1 p x2 p xnp
（3.5.1）
当p较大时，在p维空间中考察问
题比较麻烦。为了克服这一困难， 就需要进行降维处理，即用较少 的几个综合指标代替原来较多的 变量指标，而且使这些较少的综 合指标既能尽量多地反映原来较 多变量指标所反映的信息，同时 它们之间又是彼此独立的。
系数lij的确定原则：
(3.5.2)
① zi与zj（i≠j；i，j=1，2，…，m）相互 无关；
② z1是x1，x2，…，xP的一切线性组合中方 差最大者，z2是与z1不相关的x1，x2，…， xP的所有线性组合中方差最大者； …… zm是与z1，z2，……，zm－1都不相关的x1， x2，…xP， 的所有线性组合中方差最大者。 则新变量指标z1，z2，…，zm分别称为原 变量指标x1，x2，…，xP的第一，第 二，…，第m主成分。
（3.5.6）
八、主成分分析的基本步骤及 spss实现
1.将原始数据进行标准化处理 2.计算样本相关矩阵R 3.求相关矩阵R的特征值与特征向量,并计 算贡献率 4.选择主成分 5.对所选主成分做经济解释
Spss实现:
1.analyze-description statistic-description-
第五节 主成分分析方法 Principal Component Analysis (PCA)
主成分分析的基本原理
主成分分析的计算步骤
主成分分析方法应用实例
问题的提出：
多变量问题是经常会遇到的。变量太多，无疑 会增加分析问题的难度与复杂性，而且在许多 实际问题中，多个变量之间是具有一定的相关 关系的。因此，人们会很自然地想到，能否在 相关分析的基础上，用较少的新变量代替原来 较多的旧变量，而且使这些较少的新变量尽可 能多地保留原来变量所反映的信息？
•事实上，这种想法是可以实现的，主成分工具。
主成分分析就是设法将原来指标重新组合 成一组新的互相无关的几个综合指标来代 替原来指标。同时根据实际需要从中可取 几个较少的综合指标尽可能多地反映原来 的指标的信息。 从数学角度来看，这是一种降维处理技术。
一、主成分分析的基本原理
三、 主成分分析方法应用实例