ASE3: TD 2

Exercice 1

Soit

X=(16208121012161420814164100612)

On donne le meme poids a tous les individus:

pi=16
i
et
M=I3

  1. Calculer la moyenne des variables et le centre de gravite
  2. Donner la matrice
    Y
  3. Calculer la matrice de var-covariance
    V
  4. Diagonaliser sur
    MV=V
  5. Calculer le
    %
    d'inertie
  6. Facteurs principaux
  7. Determiner les composantes principales et calculer les coefficients de correlation
Solution

X(1)X(2)X(3)X=(16208121012161420814164100612)

pi=16
i=1,2,4,5,6
poids de chaque individu et
M=I3
metrique

La moyenne des variables:

X¯(1)=i=16piXi(1)=16i=16Xi(1)=726=12X¯(2)=16i=16Xi(2)=1648=8X¯(3)=16i=16Xi(3)=606=10

Donc

X¯(1)=12, X^{(2)}=8
,X(3)=10
.

Le centre de gravite du nuage forme par les 3 individus:

gT=(12,8,10)

Tableau des donnees centrees

Y

yi(j)=Xi(j)=X¯(j)Y=(46104400848044401222)

Matrice de var-covariance

V=YTDY avec
D=16I6

V=16YTY=(1283163163163683443163443683)

Diagonalisation de

MV=V

M=I3: metriques de l'espaces des individus

PV(λ)=det(VλI3) polynome caracteristiques de
V

Pv(λ)=|1283λ163163163683λ443163443683λ|C1C1+C2+C3Pv(λ)=(32λ)|11631631683λ4431443683λ|par lineariteL2L2L1 et L3L3L1Pv(λ)=(32λ)|1163163028λ2002028λ|=(32λ)((28λ)2(20)2)=(32λ)(28λ20)(28λ+20)\colorredPV(λ)=(32λ)(8λ)(48λ)

Les valeurs propres de

V:
λ1=48
,
λ2=32
,
λ3=8
(ordre decroissant)

Le

% d'inertie

  • Le
    1er
    axe:
    λ1λ1+λ2+λ3=4888=0,54=54%
  • Le
    2e
    axe:
    λ2λ1+λ2+λ3=3288=0,36=36%
  • Le
    3e
    axe:
    λ3λ1+λ2+λ3=888=0,09=9%

Le plan factoriel:

λ1+λ2λ1+λ2+λ3=8088=90%

Les facteurs principaux sont les deux vecteurs propres associes aux valeurs propres

λ1=48 et
λ2=32
.

E48=Ker(V48I3)u=(xyz)E48(V48I3)(xyz)=0{163x163y163z=0163x763y+443z=0163x+443763z=0{x+y+z=0(1)16x76y+44z=0(2)16x+44y76z=0(3)(2)(3)120y+120z=0\colorgreeny=z(1)\colorgreenx=2zE48=Vect((211))Droite vectorielleu(1)=14+1+1(211)=16(211)\colorredu(1) est norme(211)=4+1+1=6E32=Ker(V32I3)u=(xyz)E32(V32I+3)(xyz)=0{32x16y16z=0(1)16x28y+44z=0(2)16x+44y28z=0(3){(2)(3)\colorgreeny=z(1)\colorgreeny=x\colorredE32=Vect(111)Droiteu(2)=13(111)norme

(u(1),u(2)) base orthonormee

Composantes principales

C(i)=Yu(i)i=1,2

La

1ere composante:

C(1)=Yu(1)=(46104400848044401222)16(211)=(462626262646)variable centree

C(2)=Yu(2)=(4304343043)variable centree

Remarque
Ces composantes principales contiennent les projections des individus sur les 2 axes factoriels.

Calcul des coefficients de correlation:

ρ(X1(1),C(1))=Cov(X(1),C(1))σX(1)σC(1)Cov(X(1),C(1))=<y(1),C(1)>=y(1)TD.C(1)produit scalaire de l'espace des variablesD=16I6Metriques dans l'espace des variables\colorgreenCov(X(1),C(1))=16y(1)TC(1)

Cov(X(1),C(1))=16(166+86+166+86+486)=9666=\colorgreen166σX(1)=V(X(1))=1283σC(1)=C(1)=<C(1),C(1)>=16(96+24+24+24+24+96)=\colorgreen43ρ(X(1),C(1))=166128343=\colorgreen32

Tableau des correlations:

C(1)
C(2)
X(1)
32=0,87
12=0,5
X(2)
617=0,59
23417=0,69
X(3)
0,59
0,69

:::

Exercice 2

X=(223312103214213)

  1. Calculer
    X(1)¯
    ,
    X(2)¯
    ,
    X(3)¯
    et le centre de gravite
  2. Calculer la matrice
    Y
  3. Calculer
    V
  4. Diagonaliser
    V
    et calculer le
    %
    d'inertie
  5. Facteurs principaux et composantes principales
Solution

Pi=15iX(1)¯=2,X(2)¯=1,X(2)¯=3gT=(2,1,3)

Y=(010101110001000)

V=YTDYD=15I5V=15YTY=15(211120102)PYTY(λ)=|2λ1112λ0102λ|C2C2+C3=|2λ0112λ012λ2λ|L2L3L2=|2λ0112λ0202λ|=(2λ)((2λ)22)=(2λ)(2λ2)(2λ+2){Γ1=2+2Γ2=2Γ3=22{λ1=2+25λ2=25λ3=225

%λ1+λ2λ1+λ2+λ3=?

Facteurs principaux:

E2+2=Ker(YTY(2+2)I)=Vect(211)\colorgreenu(1)=14(211)=12(211)%λ1+λ2λ1+λ2+λ3=90%(inertie maximale)E2=Ker(YTY2I3)=Vect(011)\colorgreenu(2)=12(011)

Composantes principales:

C(1)=Yu(1)=(12221222+12120)centreesC(1)=Yu(1)=(121212120)