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기술

주성분 분석

주성분 분석기술
영문명
Principal component analysis
약칭
PCA
기본 준비
특징별 평균을 빼는 중심화
주요 용도
차원 축소와 변동 구조 탐색
주성분 분석은 수치 자료의 퍼짐을 잘 설명하는 서로 직교하는 축을 찾는 방법이다. 일부 축의 좌표만 남겨 차원을 줄일 수 있으며, 원래 특징들을 선형 결합한 새로운 좌표를 만든다.

큰 분산의 방향

중심화한 자료를 어떤 단위 방향으로 투영했을 때 분산이 가장 큰 방향을 첫 축으로 삼는다. 다음 축은 앞의 축들과 직교하면서 남은 분산을 크게 설명하도록 정한다. 공분산 행렬의 고유벡터나 중심화 자료의 특잇값 분해로 구할 수 있다. 축 하나는 원래 특징 하나를 고르는 것과 다르다.

네 점의 축

점이 (2,2), (-2,-2), (1,-1), (-1,1)이면 평균은 (0,0)이다. 표본 공분산 행렬은 대각 원소가 10/3, 비대각 원소가 2다. 첫 축은 (1,1)/√2, 둘째 축은 (1,-1)/√2이며 분산은 각각 16/3과 4/3이다. 첫 축이 전체 분산의 80퍼센트를 설명한다.

한 축만 남기기

예제에서 첫 축 좌표는 2√2, -2√2, 0, 0이다. 첫 축만으로 복원하면 처음 두 점은 그대로지만 마지막 두 점은 모두 원점으로 복원된다. 작은 분산 방향도 원자료를 구별하는 정보를 담고 있다. 설명 분산 비율 80퍼센트가 곧 분류 정확도 80퍼센트를 의미하지는 않는다.

단위와 평가

중심화는 평균을 빼는 연산이며 특징 표준화와 같지 않다. 특정 특징의 단위를 크게 바꾸면 주요 축이 달라질 수 있다. 필요한 경우 훈련 자료에서 정한 표준화를 함께 적용한다. 예측 문제에서는 축과 평균을 훈련 부분에서만 추정하고 평가 자료에는 그 변환을 적용해야 한다.

관련 문서

공분산 행렬 / 고유벡터 / 특잇값 분해 / 직교 / 분산 / 특징 표준화 / 기계 학습