机器学习：降维算法-主成分分析PCA算法两种角度的推导
若把高维空间的样本点（可以想象是一个3维的）映射到一个超平面，怎样的超平面可以认为是“好的”，可以想到这个超平面大概有这样的性质：
- 最近重构行：样本点到超平面的距离都足够近；（样本点变化尽可能小，丢失的信息尽可能少）
- 最大可分性：样本点在这个超平面上的投影尽可能分开.（样本点在低维空间区分度尽可能高）
神奇的是，从两个角度出发，可以分别得到主成分分析PCA算法的两种等价推导。
根据最近重构性推导：
假设样本进行了中心化，即：
.
假设投影变换后新的坐标系为W={}，其中
是标准正交基向量，
.
若丢弃坐标系中部分坐标，即将维度降低到d'<d，得到={
}，则样本点
在低维坐标系中的投影为
，其中
.若基于
来重构
，则会得到：
（上式只是原样本点
的的近似，因为丢弃了部分坐标
）.
对于整个样本集，原样本点和基于投影重构的样本点
间的距离为：
.
根据最近重构性，上式应被最小化，得到主成分分析的优化目标：
.
根据最大可分性推导：
投影后，样本点的方差之和为（样本X已中心化：，所以投影后的Z也是中心化的）：
.
根据最大可分性，投影后的样本点应尽量分开，所以方差应尽量大，于是从最大可分性角度得到主成分分析的优化目标：
.
显然，跟从最近重构性角度得到的优化目标是等价的。
利用拉格朗日乘子法，可得：.
发现须是
的特征向量。于是，对
进行特征值分解，将求得的特征值排序：
，取前d'个特征值对应的特征向量构成
={
}（个人觉得，这里还需保证
相互正交，才能满足约束，因为如果有相同的特征值，那么其对应的特征向量不一定正交。顺便补充一个定理：对称矩阵不同特征值对应的特征向量相互正交），这就是主成分分析的解。
算法描述如下：
其他补充：
有三种方法确定降维后的维度d'：
- 人为指定；
- 在d'值不同的低维空间对k近邻分类器（或其他开销较小的学习器）进行交叉验证来选取较好的d'值；
- 设置一个重构阈值，如t = 95%,然后选取使
成立的最小d'值.
PCA算法除了保存投影矩阵，还需保存样本的均值向量，这是为了对新样本同样进行中心化。PCA降维看似舍弃了一部分信息，但这么做是必要的：1、这样做使样本的采样密度增大；2、当数据受到噪声影响时，最小特征值对应的特征向量往往与噪声有关。
参考资料：
周志华《机器学习》
参考博文：
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