Principal Component Analysis (PCA) is a cornerstone of dimensionality reduction, yet its classical formulation relies critically on second-order moments and is therefore fragile in the presence of heavy-tailed data and impulsive noise. While numerous robust PCA variants have been proposed, most either assume finite variance, rely on sparsity-driven decompositions, or address robustness through surrogate loss functions without a unified treatment of infinite-variance models. In this paper, we study PCA for high-dimensional data generated according to a superstatistical dependent model of the form $\mathbf{X} = A^{1/2}\mathbf{G}$, where $A$ is a positive random scalar and $\mathbf{G}$ is a Gaussian vector. This framework captures a wide class of heavy-tailed distributions, including multivariate $t$ and sub-Gaussian $α$-stable laws. We formulate PCA under a logarithmic loss, which remains well defined even when moments do not exist. Our main theoretical result shows that, under this loss, the principal components of the heavy-tailed observations coincide with those obtained by applying standard PCA to the covariance matrix of the underlying Gaussian generator. Building on this insight, we propose robust estimators for this covariance matrix directly from heavy-tailed data and compare them with the empirical covariance and Tyler's scatter estimator. Extensive experiments, including background denoising tasks, demonstrate that the proposed approach reliably recovers principal directions and significantly outperforms classical PCA in the presence of heavy-tailed and impulsive noise, while remaining competitive under Gaussian noise.


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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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