数据特征降维 | t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)附Python代码

2024-05-15 14:44

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t-分布随机邻域嵌入(t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding,t-SNE)是一种非线性降维和可视化技术,广泛用于高维数据的可视化和聚类分析。

t-SNE的基本思想是通过在高维空间中测量样本之间的相似性,将其映射到低维空间中,以便更好地展示数据的结构和关系。与传统的线性降维方法(如PCA)不同,t-SNE通过考虑样本之间的概率分布来保留局部结构,并在低维空间中优化样本之间的相对距离。

以下是t-SNE的基本步骤:

计算相似性:对于高维数据中的每对样本,计算它们之间的相似性。常用的相似性度量是高斯核函数,根据特征之间的距离计算样本之间的条件概率。
构建条件概率分布:基于相似性度量,计算每个样本对其他样本的条件概率分布。这样可以获得一个表示样本之间关系的概率矩阵。
定义低维空间中的概率分布:在低维空间中定义样本之间的概率分布。通常使用t-分布来表示低维空间中的概率分布,其中自由度参数决定了概率分布的尖锐程度。
最小化KL散度:通过最小化高维空间和低维空间中概率分布之间的Kullback-Leibler(KL)散度,优化低维空间中样本的位置。这个优化过程可以使用梯度下降等方法进行。
可视化和解释:将优化后的低维表示进行可视化,以展示数据的结构和关系。在低维空间中,样本之间的距离反映了它们在高维空间中的相似性。
t-SNE的优点在于能够保留数据的局部结构,能够更好地展示数据中的簇集和类别之间的关系。然而,t-SNE也有一些注意事项,例如对于大规模数据集计算复杂度较高,结果可能对参数选择敏感,并且不适用于保持全局结构。

t-SNE被广泛应用于图像处理、自然语言处理、生物信息学等领域ÿ

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