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계층적 벌점함수를 이용한 주성분분석
Hierarchically penalized sparse principal component analysis 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.30 no.1, 2017년, pp.135 - 145  

강종경 (육군사관학교 수학과) ,  박재신 (육군사관학교 수학과) ,  방성완 (육군사관학교 수학과)

초록
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주성분 분석(principal component analysis; PCA)은 서로 상관되어 있는 다변량 자료의 차원을 축소하는 대표적인 기법으로 많은 다변량 분석에서 활용되고 있다. 하지만 주성분은 모든 변수들의 선형결합으로 이루어지므로, 그 결과의 해석이 어렵다는 한계가 있다. sparse PCA(SPCA) 방법은 elastic net 형태의 벌점함수를 이용하여 보다 성긴(sparse) 적재를 가진 수정된 주성분을 만들어주지만, 변수들의 그룹구조를 이용하지 못한다는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 기존 SPCA를 개선하여, 자료가 그룹화되어 있는 경우에 유의한 그룹을 선택함과 동시에 그룹 내 불필요한 변수를 제거할 수 있는 새로운 주성분 분석 방법을 제시하고자 한다. 그룹과 그룹 내 변수 구조를 모형 적합에 이용하기 위하여, sparse 주성분 분석에서의 elastic net 벌점함수 대신에 계층적 벌점함수 형태를 고려하였다. 또한 실제 자료의 분석을 통해 제안 방법의 성능 및 유용성을 입증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Principal component analysis (PCA) describes the variation of multivariate data in terms of a set of uncorrelated variables. Since each principal component is a linear combination of all variables and the loadings are typically non-zero, it is difficult to interpret the derived principal components....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  •  즉, 주성분 분석은 변수들의 선형변환을 통해 자료에 존재하는 원래의 변동(variation)을 가능한 한 많이 설명하는 새로운 인공 변수, 즉 주성 분을 생성하는 것을 그 목적으로 한다.
  • 본 논문에서는 변수들이 그룹화되어 있는 다변량자료의 분석에 적용 및 활용할 수 있는 주성분 분석 기법에 관하여 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SPCA 방법의 한계는? 하지만 주성분은 모든 변수들의 선형결합으로 이루어지므로, 그 결과의 해석이 어렵다는 한계가 있다. sparse PCA(SPCA) 방법은 elastic net 형태의 벌점함수를 이용하여 보다 성긴(sparse) 적재를 가진 수정된 주성분을 만들어주지만, 변수들의 그룹구조를 이용하지 못한다는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 기존 SPCA를 개선하여, 자료가 그룹화되어 있는 경우에 유의한 그룹을 선택함과 동시에 그룹 내 불필요한 변수를 제거할 수 있는 새로운 주성분 분석 방법을 제시하고자 한다.
H-SPCA는 기존 G-SPCA의 어떠한 점을 보완하기 위해 제안되었는가? 2)는 group lasso 형태의 벌점함수를 이용하기 때문에, 변수들의 그룹구조를 모 형적합에 활용한다는 장점은 있지만, 그룹 내 개별 변수들에 대해서는 축소추정을 하지 못하는 한계가 있다. 따라서 G-SPCA는 그룹별 변수선택에는 효율적이나 선택된 그룹 내에서는 변수선택이 이루어지 지않는다. 이러한 점을 보완하기 위하여 본 논문에서는 계층적 벌점함수를 이용하여 그룹 간과 그룹 내에서의 변수선택이 동시에 이루어지는 H-SPCA를 제안하고자 한다.
주성분의 한계는? 주성분 분석(principal component analysis; PCA)은 서로 상관되어 있는 다변량 자료의 차원을 축소하는 대표적인 기법으로 많은 다변량 분석에서 활용되고 있다. 하지만 주성분은 모든 변수들의 선형결합으로 이루어지므로, 그 결과의 해석이 어렵다는 한계가 있다. sparse PCA(SPCA) 방법은 elastic net 형태의 벌점함수를 이용하여 보다 성긴(sparse) 적재를 가진 수정된 주성분을 만들어주지만, 변수들의 그룹구조를 이용하지 못한다는 한계가 있다.
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참고문헌 (11)

  1. Bernard, A., Guinot, C., and Saporta, G. (2012). Sparse principal component analysis for multiblock data and its extension to sparse multiple correspondence analysis. In Proceedings of 20th International Conference on Computational Statistics (pp. 99-106). 

  2. Gemperline, P. J., Miller, K. H., West, T. L., Weinstein, J. E., Hamilton, J. C., and Bray, J. T. (1992). Principal component analysis, trace elements, and blue crab shell disease, Analytical Chemistry, 64, 523-531. 

  3. Hoerl, A. E. and Kennard, R. W. (1970). Ridge regression: biased estimation for nonorthogonal problems, Technometrics, 12, 55-67. 

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  5. Rose, A. K. and Spiegel, M. M. (2011). Cross-country causes and consequences of the crisis: an update, European Economic Review, 55, 309-324. 

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  7. Tibshirani, R. (1996). Regression shrinkage and selection via the lasso, Journal of the Royal Statistical Society Series B (Methodological), 58, 267-288. 

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  9. Yuan, M. and Lin, Y. (2006). Model selection and estimation in regression with grouped variables, Journal of the Royal Statistical Society Series B (Methodological), 68, 49-67. 

  10. Zou, H. and Hastie, T. (2003). Regularization and variable selection via the elastic net, Journal of the Royal Statistical Society Series B (Methodological), 67, 301-320. 

  11. Zou, H., Hastie, T., and Tibshirani, R. (2006). Sparse principal component analysis, Journal of Computational and Graphical Statistics, 15, 265-286. 

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