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文檔簡介

張軍平復旦計算與智能學院DimensionReduction

----理解數據幾何結構OutlineMotivationSurveyOurWorksDiscussion/ConclusionMotivationBigData

BiometricAuthenticationInternet/MobileVisualSearchMultimediaBioinformaticsPrecisionMedicineCurseofDimensionalityUnderlyingDimensionVisualizationComputationalEfficiency三維空間超球的體積計算:立方體體積計算:隨著維度d的增加,有:幾乎所有的高維空間都會遠離其中心,最小值和最大值的距離會不可辨別(CopiedfromMarioKoppen)對高斯分布的影響(CopiedfromWiki)Survey可視化技術

StatisticalProperty(統計特性)---PCA/ICADiscriminability(判別特性)---LDAUnderlyingDimension(內在維度)----

Manifold

Learning

ConditionalIndependent(條件獨立)---SDRandKDR

Correlation(相關性)---CCA

Sparsity(稀疏性)---NMF,Lasso………高維數據可視化的策略主成分分析--數據的統計特性MaximizeVariance(最大化方差)

X矩陣N*d;d維度;N樣本數MinimizeResidualErrors(最小化殘差)SingleValueDecomposition(奇異值分解,SVD)

(CopiedfromMarkusRingnér)Discriminability(判別性)LinearDiscriminantAnalysis(LDA)Within-varianceBetween-varianceObjective:Dimensionreduction:ManifoldLearning[H.S.Seung&D.D.Lee.2000][Tenenbaumetal,2000][RoweisandSaul,2000]UnderlyingDimensionGeneratedfromLow-dimensionalvariables.InterpretabilityExample:PCASubspaceofTranslatedFacesDefinitionAmanifoldisatopologicalspacethatislocallyEuclidean(i.e.,aroundeverypoint,thereisaneighborhoodthatistopologicallythesameastheopenunitballin).IsometricMapping[Tenenbaumetal.,2000]Step1:

Givenaneighborhoodsize$k$,computepairwisedistanceofeachpointanditsneighboringpoints.Step2:ComputeGeodesicdistancebetweenfar-awaypointsbyutilizinggraphdistanceStep3:EmployMultidimensionalscalingtocalculateitslow-dimensionalsubspace.LocallyLinearEmbedding[RoweisandSaul,2000]LLEStep1:Computetheneighborsofeachdatapoint,XiStep2:ComputetheweightsWijthatbestreconstructeachdatapointXifromitsneighbors,minimizethecostinEq.(1)Step3:ComputethevectorYibestreconstructedbytheweightWij,minimizingthequadraticforminEq.(2)byitsbottomnonzeroeigenvectors.

推導拉格朗日-->求導--->歸一化StochasticNeighborEmbeddingConvertingthehigh-dimensionalEuclideandistancesbetweendata

pointsintoconditionalprobabilitiesthatrepresentsimilaritiest-SNEDespitethestrongperformanceofthesetechniquesonartificialdatasets,theyareoftennotverysuccessfulatvisualizingreal,high-dimensionaldataSammonmapping,CCA,MVU,LLE,LE,Isomap,SNE

areincapableofretainingboththelocalandtheglobalstructureofthedatainasinglemap.Avariationofstochasticneighborembedding

SignificantlybettervisualizationbyReducingthetendencyofcrowdpointstogetherinthecenterofthemap.Crowdproblem—t-SNE

SymmetrizedversionoftheSNEcostfunctionwithsimplergradients

UsesaStudent-tdistributionratherthanaGaussiantocomputethesimilaritybetweentwopointsinthelow-dimensionalspace.

Heavy-taileddistributioninthelow-dimensionalspacetoalleviateboththecrowdingproblemandtheoptimizationproblemsofSNE.Studentt-distributionStudentt-distributionwithonedegreeoffreedomHeavy-taileddistributioninthelow-dimensionalmap.實際效果MNISTSparsity---InterpretabilityFeaturerepresentation(Parts):Non-negativeMatrixFactorization

[SeungandLee,1999]數據的拓撲結構--克萊因瓶GunnarCarlss

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