Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ZinovyevBook

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
3.11 Mб
Скачать

% " MX & "" ! . ' " *' ! -. 4+* ""#$ #) &:

 

1

 

1

N

MX »

X i , S » S =

(X i - MX )(X i - MX )T .

N

 

 

i

N -1i=1

2.2.1. ' / "#$ & .-" "'

, & 6 -. " +, + " ""#$ % "

6 4$! "$ "0 . . % " 6 " ! . " ' " ) ""#$ -" & 6 ( ' %& ""#$ -. 4+* % ", % & ' #$ . "+5 . " ' -' " ' & ' # ! !*' ! 0 "& !. $"#$ & " '

ηk = Fk 1 2 ,...,ξm ) , k = 1…m’ , m’ < m.

9 "& Fk *' ' ) 6 " F $" / -' " ' Rm -' " ' Rm’. 7' ' ) 6 " 6" #) '+ ! ' & . ) ., %' )# " " ) ""#$ X . & . '+ -""#( & ' (, & &- ' ' 6 *4 ( & % ' $"! . ( - 1' . -) "

"0 . . #) ! ' ) 6 " F -"" / & ' ) 6 " ( & ' ( $" " ! "0 . J, . 6" -% '+

%"# . ' # & 4 " ! . " ' -' " ' -" &.

. ' / "#$ & .-" "' F " & ' " (" ' / " +" " . "" ' ) 6 ", '. .

Fk 12 ,...,ξm ) = c1k 1 − μ1 ) + ... + cmk m − μm

" - " ) ""#$ " % " ! -" &, " & # *' ! !

 

/ μ j =

1

N

) ,

 

xij

 

 

 

N i=1

" & 100 "'# cij

m

m

cik2 = 1,

cik c jk = 0 , i, j = 1…m, i ¹ j.

k=1

k =1

& ' ! J :

J = Dη1 + ... + Dηm, Dξ1 + ... + Dξm

/ D #% " - % (" ( % "#.

3 / " 1' . & ' *, & % ' $" "" ( "0 .

" «)8! " "" (» -. 4+* " #$ -" & η1…ηm -

$"#$ -" &.

" # *' ' & * " . ""- "' "" * " (" * & .) " * $"#$ -" &, & ' !

$ -%$ " . ""- "' ""#$ " ("#$ & .) " ( ) ' " "" . " ) ""#$ " ) +5 ( -(.

5 . % "$6 " ! -( / " ( & .-" "'#. ! 1' / " )$. 5 '+ %

D(l1 X ) → max ,

l1

/ l1 &'-' & . " ' m, - " . & l1l1T = 1. &' l1 . 6" -' !'+ & & " %"#( &' -' " '

""#$, ' / (l1, X i )l1 ' %& -& &' X i " &' l1 .

6 ., %' ' . &' ""#$ ! ! ' ! "' "" (, '. .

E(X ) ≡ X = 0 2 /

 

D(l X ) = E(l X )2

= E(l XX T lT ) = l E(XX T )lT

= l SlT ,

1

 

 

1

1

1

1

1

1

1

/ S & "" ! . ' " ) ""#$ X.

 

. 0 "& * "/ "6 ϕ(l

,λ) = l

SlT − λ(l lT −1) , ' /

 

∂ϕ

 

 

 

 

 

1

1

1

1 1

 

 

= 2SlT − 2λlT

= 0,

 

 

 

 

 

 

lT

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S − λI )lT

= 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

' '+

 

lT

) ' ""#(

&' & "" ( . ' #.

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

D(l X ) = l SlT

= λ , " % ' ! ' /,

%' )#

D(l X ) ' / . & . .,

1

 

 

1

1

 

 

 

 

1

 

 

" 6" #) '+ . & . +" ) ' "" " % ". . ""#(

) ' ""#( &', ' % *4 ( 1' . " % " * ' "-"

-( / " ( & .-" "'# -' " '.

k-o (k = 2…m) " # ' ! ' & ! " . ""- "' "" ! " (" ! & .) " ! $"#$ -" &, & ' ! " & " k-1 -# 4 . / "#. & .-" "' . $ -%$ " . ""- "' ""#$ " ("#$ & .) " (, " & ""#$ -# 4 . k-1 / "#. & .-" "' . ) ' " "" . " ) ""#$ " ) +5 ( -(.

6" -& '+, %' k-! / " ! & .-" "' ' ! ) ' ""#. &' . & "" ( . ' # ""#$, & ' #( ' ' ' ' k-. - % " ) ' "" . " % " *.

. ' ., %' 5 " % "$6 " ! / "#$ & .-" "' " ! ! ' ! " "'"#. '" ' +" . "# . 5' ) "#$ -" &. 1' . - -. " ". .' ""# " . *' ! ' &, %' )# -" & )# . "# -' .#$ . 5' )$.

m’ / "#$ & .-" "' . 6" " '!" '+ - -' " ' . " '

m’. /& -"!'+, %' .. & ' ' !" ( ' ' % & ""#$ 1' / - -' " ' " ." 6 "" ( " N (% ' % &) ' ' %" (

- , «" )8! " "" (» -. 4+* m’ / "#$ & .-" "', ' '+

N (Dξm'+1 + ... + Dξm ) = N m'+1 + ... + λm ) , / λm'+1 ,…,λm " . "+5 -

% " ) ' ""# " % " !. ' * ' " ' ! -"!'"#. 6" 1& ' . +" ( ' & "" / - -' " ':

+ 1. + -

X1 ,…, X N , m’

&

m’, * -

m’ .

& 6 . 4 1& ' . +"#$ ( ' - -' " ' / "#$ & .-" "'.

. - - $ & . "+5 . % -. ""#$ -. 4+* " (" / -) " !:

m

zij = c jk xik , j = 1…m’, i = 1…N,

k =1

Z = CX,

+ xik k-! & " ' &' ""#$ Xi, zij j-! & " ' i-(

' %& ""#$ " & ' . - -' " ' . "+5 ( . " ' Rm’. 6" . ' '+ 1' 0 . # & & -& * ' % & ""#$$" / -' " ' Rm’.

. ' . % "#

N N

M = (Xi X j )2 ,

i=1 j=1

N N

M (C) = (Zi Z j )2 .

i=1 j=1

$ .# .. & ' ' !" ( . 6 . 6"#.

-. )8 &' $" . -' " ' Rm’. . & % ' . # & 6 " ! ..# & ' - -"#$ ' !" ( . 6 ' %& . ""#$

% " M-M(C). 6" -& '+ [4], %'

M M (L) = min{M M (C)} = N 2 m'+1 + ... + λm ),

C

/ L . ' , *4 ! -& * ' % & ""#$ - -' " ', " '!" ' " m’ / "#$ & .-" "'. ' * '

+ 2. + m’ ,

*

, ,

m’ )

) )

.

& " , . . & 6 " ! ' !" ( " % & " ' /

. 6 -!.#., "!*4 . . 6"# -# ' % & " % . & " '. ) " % . H − H (C) , /

H = {hij }, hij = (X i , X j ) ,

H (C) = {hij (C)}, hij (C) = (Zi , Z j ) ,

- A& " . . ' # A. & # ' !, %'

H − H (L) = min H − H (C) = N 2 (λ2m'+1 + ... + λ2m ) .

C

2 '+ -

+ 3. + m’ ,

*

, ,

m’ )

, ) )

, * )

.

& " , '. ' ., %' & "" " % ' ) " « "' "" '» ""#$ " ! ! ' ! -" -+"#.. ""#$ " ' -), ' / . ' % & ( "' ) & ' % & -"

" " %". ' % ! 0 . &$ ( ' 1-3 ) ' 5+ ' ., %' . ' " (" / - -' " ', " '!" ' / " / "# & .-" "'# " . ' '+ " (" ." / ), -' "" " -#$ / "#$ & .-" "'$ - $!4 % ' %& / . ' % & / "'.

2.2.2. ' ""#( / '. "$6 " ! / "#$ & .-" "'

-+ ! 1& ' . +" 3 ( ' 1 - -' " ', " '!" '#$ " / "# & .-" "'#, . 6" -6 '+ ' ""#( / '. "$6 " ! -( / " ( & .-" "'# ( . [41,53]). : . & '+ -!. * -' " ' ""#$, "" * -. ' % & . " " .

y = at + b ,

' & *, %' .. & ' ' !" ( ' ' % & ""#$ 1' ( -!. (

. " . +". 7' .. , " !

N

Q = (X i ati b)2

i=1

! ! ' ! & ' ., & ' #( . 6" ." . '+ -. 4+*

*4 ( -' ( - #:

. ! -+"#. &' . a b. ' ! / '.

' ' $ 5 /:

1 1. ""#$ &'$ a b -! ' ! " ) {ti}, i = 1…N:

 

Q

= −2(X i ati b)a = −2(X i b)a − 2a2ti = 0 ,

 

 

 

ti

(X i b)a

 

 

 

ti

=

.

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2. "" . " ) {ti} -!*' ! " # & " '#

&' a b:

 

 

 

 

 

Q

 

N

 

 

 

 

a

 

= −2 (X i ati b)ti = 0

 

 

 

i=1

 

 

,

 

Q

 

N

 

 

 

 

 

 

 

= −2 (X i ati b) = 0

 

b

 

 

 

i=1

 

 

 

 

N

 

 

+ b

N

 

N

 

 

a t 2

t

i

= X t

i

 

 

 

 

i

 

 

i

 

i=1

 

 

i=1

 

i=1

,

 

 

 

 

 

N

 

 

+ bN =

N

 

 

a ti

X i

 

 

i=1

 

 

 

 

i=1

 

%' ' m ' . " ("#$ " " ( 2x2 ! -" ! $ & .-" "' &' a b.

. / '. ' " ' !, & /

Q

< ε , /

Q

 

 

Q . " " % "# Q ' *, ε . ! % ".

. 4 ' ' & / -) "$6 " ! -( / " ( & .-" "'# ' ' ' ., %' " /& ) )4 ' ! " % (, & / " & ' # ""# 6 ' "-"# " % " !. -' -'

' ' ' *4 ( .. ' % ' ! " '" " % ", ' ' &

/ . - -& ' !. 2 /, "-"#$ ""#$ " ', ' b '

 

b =

1

N

&' " / " % " ! $ & " ':

 

X i , " % " & ' #(

 

 

 

N i=1

«100 &' "#(» &' " /. &' a % -"#$ ""#$ '

"-" -( / " ( & .-" "'#, % "-"#$ – «100 &' " *» -* / " * & .-" "'.

! ' /, %' )# " (' ' * / " * & .-" "', -'-*'

*4 . ) .:

1. % '# ' ! ." 6 ' &' -#$

' '& X ′:

X i′ = X i ati b . 7' ." 6 ' 6 ' -' " ',

' / " +" .

-( / " ( & .-" "', . " '+* " " . "+5

. " ' $" / -' " ' ""#$.

2. ! " / ." 6 ' &' % '# ' ! -! / " ! & .-" "'. " ) ' ' ( / " ( & .-" "' ( $" / " ) ""#$.

! "$6 " ! ' '+ ( / " ( & .-" "'# 4 ' ! ." 6 ' ' #$ ' '& ! " / -! ' ! -! / " ! & .-" "', '. .

2.2.3. " (" / 0 &' " / "

-." ., %' . ' / "#$ & .-" "' . 6 ' )#'+ 0 . " & & % -' . 0 "& " J & % ' « $" " !» "0 . - "" . ' ) 6 " F $" / -' " '

-' " ' . "+5 ( . " '. . ' / "#$ & .-" "' & % ' 0 "& " J # '-' ! «)8! " "" (» -. 4+* " #$ & " ' - .

. 0 &' " /

"

& 6 .

&'

""#$ Xi

-' ! ' ! " ) m’ " % " ( 0 &' yi1 ,…, yim' :

 

 

 

m'

 

 

 

 

xij μ j = q jk yik + u j , j = 1…m’,

 

 

 

 

k=1

 

 

 

 

X i

 

= QYi + U ,

 

 

 

 

X

 

 

 

 

/ μ j " " % " j-/ -" &,

xij " % " j-/ -" & ! i-

/ )8 &', qij – «" / &»

0 &', uj

' ' %" !

% (" !

& .-" "'. 1' . #-"!*' ! !:

 

 

Eyk = 0, Euk = 0 , Dyk = 1,

y1i ,…, yim' , u1 ,…,um' - -" " & "#.

& % ' F #) ' ! " (" -) " & " ' ' &, %' )# #-"! + 1' !, ' / . & . . 0 "& "

J (F ) = 1−

 

 

 

R R

ˆ

 

 

 

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

/ R

X

& ! "" ! . ' $"#$ -" &,

R ˆ

 

 

X

& ! "" ! . ' «-& (» -' " ' 0 &'

ˆ

 

X i = QYi ,

A& " . . ' # A.

! " . #& &. ' " / & Q . . m’×m

4 ' ! ' " (" ' ) 6 " -' " ' 0 &' (. " ' m’) $" -' " ' (. " ' m). +' '

-% ' ! ." 6 ' ""#$ Xˆ i = QYi , & ' -' ." 6 ' .

$"#$ ""#$ ' %" '+* % (" ( & .-" "'# U. 7'

." 6 ' 6 ' " & ' . - -' " ' . " ' m’, " '!" ' . " m’ ' ) . ' # Q. ' Q $"#( " )

0 &' y1

,…, ym' , i =

1…N #) *' !

' & . ) .,

%' )#

i

 

i

 

ˆ

 

& ! "" !

. '

" ) ""#$

' %"

X . & . +"

- & ! "" * . ' $" / " ) ""#$. 2 & . ) ., & ' . & % ' « $" "" (» "0 .

! ! ' ! + )8! " " " - -" &, $ ." (

& "" '.

<' & ' ! «5 . (» & .-" "'# U, ' )#%" -/ *', %' " " ' ' -" ! ""#$ -% " " m-. " . " . +" .

-" * " #. " . " % ".. 2 / & "" !

. ' -" ! U . ' / " +"#( :

V = E(UU T ) , V = diag(v11...vmm ) , vii = Dui .

$" -" ""#$ - -/ ' !

"' ""#., ' / & "" ! . '

S = QQT +V

/ & " # *' - . ' (Q,V),

' !*4 * 1' . *. % ", %' " ' & 5 " 4 ' ', ' " . "" 5 " . ! ! ' ! (QC,V), / C -+" ' / " +" -) " (-' &'-' )

. ' # Q). 1' ( / . -% " . 5 " % 0 &' " / " ! ! ' ! " " " %"#., -1' . ! 5 " ! " )$.

#) '+ & &-) -" ' +"# - -6 " ! ( '$ . ' # Q. . ' 1'$ - -6 " ( ' ""#( . ' 5 " !

% #/ ! ' *4 . )..

" % ' ! " -) 6 " . ' # V=V(0).

=/ 1. % . " -) 6 " . ' # Ψ = QQT, '. . Ψ(0) = S

V(0).

=/ 2. 3 -. 4+* Ψ(0) -! . " -) 6 " . ' # Q. / '. -6 ' ! -% " ! " )$. ( ' %" '.

-" ' +"# - -6 " ! ' &' . ' # Q-+ *' ! ! = / 2 / '.. . ' . !:

1) QTQ / " +" ! . ' , -% . / " +"# 1 . "'#

%"# -! % "# -! & )# " !. 2 /

A = QT Q = diag(λ1...λm) , λ1 > λ2 > .. > λm , ΨQ = QQT Q = AQ ,

' '+ m’ ' ) q1qm’ . ' # Q ' !*' " " !.

Ψqi λi qi = 0 " ) ' ""# " % " ! . ' # Ψ. 3 ) ' ""# &'

. ' # Ψ, ' % *4 -#. m’ - % " ) ' ""#. " % " !.

' !' % " -) 6 " . ' # " / & Q.

2) QTVQ / " +" ! . ' , -% . / " +"# 1 . "'#

%"# -! % "# -! & )# " !. 2 /

A = QTVQ = diag(λ ...λ

m

) ,

λ > λ

2

> .. > λ

m

,

 

1

 

1

 

 

 

 

ΨQ = V −1QQTVQ = AV −1Q ,

 

 

 

 

 

 

' '+ m’ ' ) q1qm’

. ' # Q

' !*'

" " !.

Ψqi λivii−1qi = 0 " ) )4 ""#

) ' ""# " % " !

. ' # Ψ.

) )4 ""# ) ' ""# &' . ' # Ψ, ' % *4 -#. m’ -

% " ) )4 ""#. ) ' ""#. " % " !. ' !*' % " -) 6 " . ' # " / & Q.

. " & ' # ' /. "" . " ) ""#$, -+ ! . ' / "#$ & .-" "' . ' # 0 &' " / ", . 6" -' '+ " ("# . ""#$. 9 &' % & 1' . ' # ' !' - +"

" (" ." / ) ."+5 ( . " ', " & ' - *' !

$"# ""#. 7' - -' " ' & # ' ! " & ' . .#-' . +"#. $ /$ " ("#$ ." / ) ( ' ( 6

. " '. % . ' / "#$ & .-" "' -' . +" '+ & *% ' ! ' ., %' -& ""#$ . & . +" -!'

-* $"#$ ""#$. % . ' 0 &' " / " " % " ! -" & -& ( . & . +" - $6 " $"# " % " ! -" & .# ." ( & ! . 3 ' . ' '+, %' %, & / ' ' %"# - (.."# ' !" ! -' "" / - -' " ') " &, ) . ' *' $"# +' '# (1' ' " ' ! ) "" -"!'", . ' '+ 1 " ' &'

. ' # Q).

2.3. ! " &

&

-' " ', " '!" ' " m’ / "#$ & .-" "' ) '

( ' . «. " . . ' ' %" ( - » – " ( & '

' !" ! ' ' % & ""#$ 1' / - -' " ' . " . "

$ /$ " ("#$ - -' " ' . " ' m’.

, 6 ' ! - -&' " ( ! -' " ! «/ "#$ - $" ' (» – " " ("#$ ." / ) (, ) *4$ ' . 6 -' . +"#. ( '..

' ' . 6" ' ' '+ ) '# [58,66,67], & ' #$ ' !' ! ' & - $" ' -+ " ., "-., . ' .& . +" / - -) !.

-. ' % & ( . ' & " ' ' % &

." / ) ! " ' " (" ' -"#$ ) 6 " ( ' &' ""#$), ' % -' " ! " / " % "" / " " (" /

." / ) !, ' '+ #% " & " ' & 6 ( / ' % &, ! ! ' ! +. ' .& ( ' %& " ! #% " (.

# . / " % ) . '+ -', " & '. .*4

." / ) ) ' - -/ '+ ! / " % ""#. ' ! & " %" . % $ ' % &. / . ., .# ) . ' '+

.

-' ., %' .# . . . 4 "" * -' " ' ""#$

, " & ' * ) ' " '!/ '+ ! & . ." / ). ! 1' /

' ! -"" ! - . 6 ..

3 . ' ., %' " ! "$ ' +& -6 " (

-' " ' ""#$ " ' ' %" ! ' " " ! ." / ) !. #

6"#, & . ' /, ) '+ "0 . ( ' ., & & # ! !*' ! " " . . 2 '+ " & " %". ." 6 ' 6"# )#'+

"# & . ! / . / " 6 / '. SOM (Self-Organizing Maps . / " *4 ! & '# ,$" ") " )$.

" '+ " ' +& & & # ! !*' ! " ., " ' &6 & & ! !*' ! !., !. '. .

. ' ., "-. . " ." / ). : . % ' '+, %'

# ) *' -!. / +" * / & / " +" * '& ( .. .17). 2 / '" 5 " ! ' -!*' ! ' ' ""#. ) . . 6" % ' '+, %' & 6 #( (& . & ("$) " -!. / +" ( '& . ' % '# -#$, .+ ' #$ '. . (, " / & / " +" ( 5 '+ -#$, " '+ ' #$ '. . (. ." / ) ! ! ' ! '$. "#., '& -!. / +" (, ' & 6 #( . ',

' ' ' "", 5 '+ -#$ (, '. .

. ' . / '. -' " ! '& / '.

* , (SOM) / . 0 & , ' &6 / '. -' " ! .

2.4. 'SOM

(

3 . / " *4 ! & '#

,$" " (SOM) – 1'

. 0 ""#( / '. ,

' '+ -' " ! N ' % & ""#$ -. 4+* . "+5 / % ' % &- ) (samples). , 6 #( ) -' ! ' . "! ' ) ( & +" / 4 " ""#$. +' ' ' & ( . "# ""# -' !*' ! -"" ( 5 )& ( --& .

" & ' %" / ' !" ! ' ' %& ""#$ ) 6 (5 / & " ( ) :

 

 

1

N

 

MSE =

 

(X i yBMU (X i ))2 ,

 

 

 

N i=1

/ yBMU (X i ) – ) 6 (5 ( & ' %& ""#$ Xi ) .

«*. "& (» . ' SOM & + ', %' -% . ! - / -. " " ' . () ) & # ' ! -""#. ) .-! % ". # . / ' )#'+ -' "# -!. / +" (

/ & / " +" ( '&. 3 " " 1' ( '& # +' ' ( ' ! / '. SOM & # *' ! " . -' " ' ""#$, %' '

- . 4 " ! ' % & ""#$ - ) 6 (5 . . % . " (

'$. " ( '& . 6" '+ '+ ""#.-5 . $"#( "' / '. SOM.

1.3 '& " ' ! . 4 ' ! -' " '

""#$. ' (5 . "' . ! ! ' ! % (" -6 " ,

/ ( "' . 4 " '& -' " ', " '!" ' . " / "# & .-" "'#. 3 4 ' *' /, ) . " 100 &' "# $.# " ( .., "-., [70]).

2.#) ' ! % ("#. ) . - -! & ' %& ""#$ Xi.

3.3 $ '& #) ' ! ) 6 (5 ( & ' %& Xi. ) " % . / &' % yBMU (BMU – Best Matching Unit).

4.# '& / *' ! - "-" * & Xi - - :

( y j )′ = y j + h(r( y j , yBMU ),t)(X i y j ) , j = 1…p,