scikit-learn中的主成分分析（PCA）的使用

时间：2023-03-09 18:19:51
scikit-learn中的主成分分析（PCA）的使用

1、函数原型及参数说明

class sklearn.decomposition.PCA(n_components=None, copy=True, whiten=False)

参数说明：

n_components:  
意义：PCA算法中所要保留的主成分个数n，也即保留下来的特征个数n
类型：int 或者 string，缺省时默认为None，所有成分被保留。
          赋值为int，比如n_components=1，将把原始数据降到一个维度。
          赋值为string，比如n_components='mle'，将自动选取特征个数n，使得满足所要求的方差百分比。

copy:

类型：bool，True或者False，缺省时默认为True。

意义：表示是否在运行算法时，将原始训练数据复制一份。

若为True，则运行PCA算法后，原始训练数据的值不会有任何改变，因为是在原始数据的副本上进行运算；

若为False，则运行PCA算法后，原始训练数据的值会改，因为是在原始数据上进行降维计算。

whiten:

类型：bool，缺省时默认为False

意义：白化，使得每个特征具有相同的方差。关于“白化”，可参考：Ufldl教程

2、PCA的对象

components_ ：返回具有最大方差的成分。
explained_variance_ratio_：返回 所保留的n个成分各自的方差百分比。
n_components_：返回所保留的成分个数n。
mean_：
noise_variance_：

3、PCA对象的方法

fit(X,y=None)

fit()可以说是scikit-learn中通用的方法，每个需要训练的算法都会有fit()方法，它其实就是算法中的“训练”这一步骤。因为PCA是无监督学习算法，此处y自然等于None。
fit(X)，表示用数据X来训练PCA模型。
函数返回值：调用fit方法的对象本身。比如pca.fit(X)，表示用X对pca这个对象进行训练。
fit_transform(X)
用X来训练PCA模型，同时返回降维后的数据。
newX=pca.fit_transform(X)，newX就是降维后的数据。

inverse_transform()

将降维后的数据转换成原始数据，X=pca.inverse_transform(newX)

transform(X)

将数据X转换成降维后的数据。当模型训练好后，对于新输入的数据，都可以用transform方法来降维。

此外，还有get_covariance()、get_precision()、get_params(deep=True)、score(X, y=None)等方法，以后用到再补充吧。

4、举例

以一组二维的数据data为例，data如下，一共12个样本（x,y），其实就是分布在直线y=x上的点，并且聚集在x=1、2、3、4上，各3个。

>>> data

array([[ 1.  ,  1.  ],

       [ 0.9 ,  0.95],

       [ 1.01,  1.03],

       [ 2.  ,  2.  ],

       [ 2.03,  2.06],

       [ 1.98,  1.89],

       [ 3.  ,  3.  ],

       [ 3.03,  3.05],

       [ 2.89,  3.1 ],

       [ 4.  ,  4.  ],

       [ 4.06,  4.02],

       [ 3.97,  4.01]])

data这组数据，有两个特征，因为两个特征是近似相等的，所以用一个特征就能表示了，即可以降到一维。下面就来看看怎么用sklearn中的PCA算法包。

（1）n_components设置为1，copy默认为True，可以看到原始数据data并未改变，newData是一维的。

>>> from sklearn.decomposition import PCA

>>> pca=PCA(n_components=1)

>>> newData=pca.fit_transform(data)

>>> newData

array([[-2.12015916],

       [-2.22617682],

       [-2.09185561],

       [-0.70594692],

       [-0.64227841],

       [-0.79795758],

       [ 0.70826533],

       [ 0.76485312],

       [ 0.70139695],

       [ 2.12247757],

       [ 2.17900746],

       [ 2.10837406]])

>>> data

array([[ 1.  ,  1.  ],

       [ 0.9 ,  0.95],

       [ 1.01,  1.03],

       [ 2.  ,  2.  ],

       [ 2.03,  2.06],

       [ 1.98,  1.89],

       [ 3.  ,  3.  ],

       [ 3.03,  3.05],

       [ 2.89,  3.1 ],

       [ 4.  ,  4.  ],

       [ 4.06,  4.02],

       [ 3.97,  4.01]])

（2）将copy设置为False，原始数据data将发生改变。

>>> pca=PCA(n_components=1,copy=False)

>>> newData=pca.fit_transform(data)

>>> data

array([[-1.48916667, -1.50916667],

       [-1.58916667, -1.55916667],

       [-1.47916667, -1.47916667],

       [-0.48916667, -0.50916667],

       [-0.45916667, -0.44916667],

       [-0.50916667, -0.61916667],

       [ 0.51083333,  0.49083333],

       [ 0.54083333,  0.54083333],

       [ 0.40083333,  0.59083333],

       [ 1.51083333,  1.49083333],

       [ 1.57083333,  1.51083333],

       [ 1.48083333,  1.50083333]])

（3）n_components设置为'mle'，看看效果，自动降到了1维。

>>> pca=PCA(n_components='mle')

>>> newData=pca.fit_transform(data)

>>> newData

array([[-2.12015916],

       [-2.22617682],

       [-2.09185561],

       [-0.70594692],

       [-0.64227841],

       [-0.79795758],

       [ 0.70826533],

       [ 0.76485312],

       [ 0.70139695],

       [ 2.12247757],

       [ 2.17900746],

       [ 2.10837406]])

（4）对象的属性值

>>> pca.n_components

1

>>> pca.explained_variance_ratio_

array([ 0.99910873])

>>> pca.explained_variance_

array([ 2.55427003])

>>> pca.get_params

<bound method PCA.get_params of PCA(copy=True, n_components=1, whiten=False)>

我们所训练的pca对象的n_components值为1，即保留1个特征，该特征的方差为2.55427003，占所有特征的方差百分比为0.99910873，意味着几乎保留了所有的信息。get_params返回各个参数的值。

（5）对象的方法

>>> newA=pca.transform(A)

对新的数据A，用已训练好的pca模型进行降维。

（6）设置参数

>>> pca.set_params(copy=False)

PCA(copy=False, n_components=1, whiten=False)

设置参数。

参考：

scikit-learn官网样例：http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/sklearn.decomposition.PCA.html#sklearn.decomposition.PCA

博文：http://blog.****.net/u012162613/article/details/42192293、http://www.ishowcode.com/ai/ml/scikit-learn-pca/

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