主成分分析与因子分析-医学统计教学课件.ppt

2.列出主成分表达式 Z1为急性炎症成分（X1转氨酶、X2肝大指数） Z2为慢性炎症成分（X3硫酸锌浊度 ） Z3为癌变成分（X4甲胎球蛋白 ） 3.求出因子载荷阵 4.主成分得分 标准化指标主成分还原为原始指标主成分 将该肝病患者的四项肝功能指标代入 原始指标主成分表达式： Z1=2.50865 Z2=－1.06626 Z3=－1.22943 该肝病患者可能为急性炎症。 五、主成分分析的应用 1.对原始指标进行综合 以互不相关的较少个综合指标反应众多原 始指标提供的信息。 主成分回归(解决多元共线问题)。 2.进行综合评价 3.进行探索性分析 利用因子载荷阵，找出影响各综合指标的 主要原始指标。 4.对样品进行分类 利用主成分得分对样品进行分类： Z1为急性炎症成分 Z2为慢性炎症成分 Z3为癌变成分 第二节 因子分析 Factor Analysis 一、因子分析基本思想 从分析多个可观测的原始指标的相关关系入手，找到支配这种相关关系的有限个不可 观测的潜在变量。是多元分析中处理降维的 一种统计方法。 如：脑部疾病患者的意识清醒状态可由语言能力、辩识能力、记忆能力、理解能力与 思维逻辑能力等可观测的指标反映。 二、因子分析数学模型 X1:收缩压 X2:舒张压 X3:心跳间隔 X4:呼吸间隔 X5:舌下温度 F1:交感神经 F2:副交感神经 common factor specific factor common factor Xi:观测指标(标准化数据) Fi:公因子 ei:特殊因子 aij:因子载荷(计算关键项) X = AF + e 三、因子模型的性质 矩阵A的统计意义 1.公共度(共性方差 ) 因子的共性方差 2.因子贡献与因子贡献率 矩阵A第j列元素 反映了第j个公 因子Fj对所有原始指标的影响; 数据标准化后全部原始指标的总方差为指 标个数m。 Fj对原始指标的方差贡献率 各因子的贡献 * 主 成 分 分 析 与 因 子 分 析 Principal Components Analysis Factor Analysis 第二军医大学卫生统计学教研室 张罗漫 讲课内容： 第一节 主成分分析 第二节 因子分析 第一节 主成分分析 Principal Components Analysis 一、基本思想 数据的降维、数据的解释 将原来众多具有一定相关性的指标，组 合成一组新的相互无关的综合指标。 从中选取几个较少的综合指标尽可能多 的反映原来众多指标的信息。 这种既减少了指标的数目又抓住了主要矛 盾的做法有利于问题的分析和处理。 如何利用这些指标对每一儿童的生长发育 作出正确评价？ 仅用单一指标： 结论片面； 没有充分利用原有数据信息。 利用所有指标： 各指标评价的结论可能不一致，使综合 评价困难； 工作量大。 找出几个综合指标(长度、围度、特体)，这些综合指标是原始指标的线性组合，既保留了原始指标的信息，且互不相关。 各综合指标提供的“信息”量大小用其方差来衡量。 衡量一个指标的好坏除了正确性与精确性外，还必须能充分反映个体间的变异，一 项指标在个体间的变异越大，提供的信息 量越多。 二、数学模型及几何意义 Z = A X 第一主成分 在所有Zi中最大 第二主成分 …… 理论上主成分个数最多为m个(指标个数) 实际工作中确定的主成分个数总是小于m个 在所有Zi中为第2大。 无关，互相垂直： X1 X2 1 1 2 -2 -2 -1 -1 2 0 相关 变异 X1 X2 Z1 Z2 1 1 2 -2 -2 -2 -2 1 1 -1 -1 -1 -1 2 2 2 0 Z1 Z2 -2 -2 1 1 -1 -1 2 2 0 相关 变异 三、主成分的求法及性质 （一）主成分的求法 1. 对各原始指标值进行标准化 为了方便，仍用Xij表示Xij’。 标准化后的数据矩阵 X = 2. 求出X1 , X2 , … , Xm 的相关矩阵R R=Cov(X) = Pearson 相关系数 标准化后的协方差 协方差 3. 求出矩阵R的全部特征值(eigenvalue) ?i, 第i个主成分的组合系数ai1, ai2, ?, aim满 足方程组: (r11－ ?i) ai1+ r12 ai2+ ?+ r1m aim =0 r21 ai1+ (r