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On une infinite de directions possibles. On projette sur les axes:

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On cherche un vecteur

u tel que l'erreur de projection des
{xi}
sur l'espace engendre par notre vecteur
span(u)
soit minimale.

En formulation mathematiques:

proj(xi,span(u))=Pu(xi)=xi,u=xiTu

En l'etat: une infinite de solutions (si

u solutions,
ku
solutions avec
kR\*
)

On impose

u=1

Pu(xi)=xi,u=xiTuE(xi,Pu(xi)yi)=xiyi(2)

On cherche donc:

argminu,u=1i=1nE(xi,Pu(xi))

D'apres Pythagore:

xi2=yi2+xiyixiyi2=xi2yi2

On peut donc reecrire:

i=1nE(xi,Pu(xi))=i=1nxiyi2=i=1nxi2constantei=1nyi2

Donc:

argminu,u=1=argminu,u=1i=1ny2=argmaxu,u=1i=1nyi2=argmaxu,u=11ni=1ny2yi2=yiTyi1ni=1nyiTyivar(Pu(X))

On est en train de chercher:

argminu,u=1i=1nyi2=1ni=1nyiTyi=1ni=1n(xiTu)T(xiTu)=1ni=1nuTxixiTu=uT(1ni=1nxixiTΣ matrice de covariancede X={xi}i=1n centre)u

On cherche:

argminuRpu=1uTΣmatrice decovarianceu

argmaxu=1uTΣu=argmaxuTΣuuTuQuotien de Rayleigh

On va reecrire:

argminuRpuTΣuu=1u2=1{uTu=1f(u)uTΣuuTu1=0g(u)=uTu1}argming(u)=0f(u)

Le lagrangien de ce probleme est

L(uλ)=f(u)+λg(u)uTΣu+λ(uTu1)

  • Stationnarite de
    L:uL(u,λ)=0=u(uTΣu)+λu(uTu1)

Rappel:

f(x)=xTAx

On calcule la differentielle

f(x+h)=f(x)+dfx(h)+O(h)

f(x+h)=(x+h)TA(x+h)=xTAxf(x)+xTAH+hTAx+hTAhO(h)xTAh+(hTAx)TxTAThxT(A+AT)hdfx(h)=xT(A+AT)h(=2xTAh si A symetrique A=AT)

dfx(h)=xf,h=xfThxf=(A+AT)x=2Axu(uTΣu)=u(uTΣu)=2Σuu(uTu)=u(uTIdu)=2u}2Σu+2du=0

\colorredΣu=λμ

u est un vecteur propre de
Σ

λ
est sa vlaeur propre

On se souvient qu'on cehrche

u,
u=1
qui maximise:

1ni=1nyi2var(Pu(x))=1ni=1nyiTyi=1ni=1n(xiTu)(xiTu)=1ni=1nuTxixiTu=uT(1ni=1nxixiT)u=uTΣuλu=λuTuu2=1=λ