Principal component analysis (PCA) is one of the most popular dimension reduction techniques in statistics and is especially powerful when a multivariate distribution is concentrated near a lower-dimensional subspace. Multivariate extreme value distributions have turned out to provide challenges for the application of PCA since their constraint support impedes the detection of lower-dimensional structures and heavy-tails can imply that second moments do not exist, thereby preventing the application of classical variance-based techniques for PCA. We adapt PCA to max-stable distributions using a regression setting and employ max-linear maps to project the random vector to a lower-dimensional space while preserving max-stability. We also provide a characterization of those distributions which allow for a perfect reconstruction from the lower-dimensional representation. Finally, we demonstrate how an optimal projection matrix can be consistently estimated and show viability in practice with a simulation study and application to a benchmark dataset.


翻译:主成分分析(PCA)是统计学中最常用的降维技术之一,当多元分布集中于较低维子空间附近时尤其有效。多元极值分布对PCA的应用提出了挑战,因为其约束支撑阻碍了低维结构的检测,且重尾特性可能导致二阶矩不存在,从而无法应用基于经典方差的PCA技术。本文通过回归框架将PCA适配于极大稳定分布,并采用极大线性映射将随机向量投影至低维空间,同时保持极大稳定性。我们还刻画了能够从低维表示实现完美重构的分布特征。最后,我们论证了最优投影矩阵如何被一致估计,并通过模拟研究和基准数据集的应用验证了该方法的实际可行性。

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在统计中,主成分分析(PCA)是一种通过最大化每个维度的方差来将较高维度空间中的数据投影到较低维度空间中的方法。给定二维,三维或更高维空间中的点集合,可以将“最佳拟合”线定义为最小化从点到线的平均平方距离的线。可以从垂直于第一条直线的方向类似地选择下一条最佳拟合线。重复此过程会产生一个正交的基础,其中数据的不同单个维度是不相关的。 这些基向量称为主成分。
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