偏最小二乘法

偏最小二乘法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函数匹配。 用最简的方法求得一些绝对不可知的真值，而令误差平方之和为最小。 很多其他的优化问题也可通过最小化能量或最大化熵用最小二乘形式表达。

%偏最小二乘法
clc % 清屏
clear all; % 删除workplace变量
close all; % 关掉显示图形窗口
format short
pz=[191 36  50  5   162 60
189 37  52  2   110 60
193 38  58  12  101 101
162 35  62  12  105 37
189 35  46  13  155 58
182 36  56  4   101 42
211 38  56  8   101 38
167 34  60  6   125 40
176 31  74  15  200 40
154 33  56  17  251 250
169 34  50  17  120 38
166 33  52  13  210 115
154 34  64  14  215 105
247 46  50  1   50  50
193 36  46  6   70  31
202 37  62  12  210 120
176 37  54  4   60  25
157 32  52  11  230 80
156 33  54  15  225 73
138 33  68  2   110 43];%每一列为一个指标，每一行为一个样本
mu=mean(pz); %求均值
sig=std(pz); %求标准差
rr=corrcoef(pz); %求相关系数矩阵
data=zscore(pz); %数据标准化
n=3; % n 是自变量的个数
m=3; % m 是因变量的个数
x0=pz(:,1:n);y0=pz(:,n+1:end);%定义自变量为前n列，因变量为n+1到m列
e0=data(:,1:n);f0=data(:,n+1:end);%e0为自变量归一化值，f0为因变量归一化值
num=size(e0,1);%求样本点的个数
chg=eye(n); % w 到 w* 变换矩阵的初始化
for i=1:n
    %计算 w，w* 和t 的得分向量，
    matrix=e0'*f0*f0'*e0;
    [vec,val]=eig(matrix); %求特征值和特征向量
    val=diag(val); %提出对角线元素，即特征值
    [val,ind]=sort(val,'descend');%降序排列，ind为排序后原下标序号
    w(:,i)=vec(:,ind(1)); %提出最大特征值对应的特征向量
    w_star(:,i)=chg*w(:,i); %计算w*的取值
    t(:,i)=e0*w(:,i); %计算成分ti 的得分
    alpha=e0'*t(:,i)/(t(:,i)'*t(:,i)); %计算alpha_i
    chg=chg*(eye(n)-w(:,i)*alpha'); %计算w 到w*的变换矩阵
    e=e0-t(:,i)*alpha'; %计算残差矩阵
    e0=e;%将残差矩阵带进下次循环
    %计算ss(i)的值
    beta=[t(:,1:i),ones(num,1)]\f0; %求回归方程的系数
    beta(end,:)=[]; %删除回归分析的常数项
    cancha=f0-t(:,1:i)*beta; %求残差矩阵
    ss(i)=sum(sum(cancha.^2)); %求误差平方和
    %计算p(i)
    for j=1:num
        t1=t(:,1:i);f1=f0;
        she_t=t1(j,:);she_f=f1(j,:); %把舍去的第j 个样本点保存起来
        t1(j,:)=[];f1(j,:)=[]; %删除第j 个观测值
        beta1=[t1,ones(num-1,1)]\f1; %求回归分析的系数
        beta1(end,:)=[]; %删除回归分析的常数项
        cancha=she_f-she_t*beta1; %求残差向量
        p_i(j)=sum(cancha.^2);
    end
    p(i)=sum(p_i);
    if i>1
        Q_h2(i)=1-p(i)/ss(i-1);
    else
        Q_h2(1)=1;
    end
    if Q_h2(i)<0.0975
        fprintf('提出的成分个数r=%d',i);
        fprintf('   ');
        fprintf('交叉的有效性=%f',Q_h2(i));
        r=i;
        break
    end
end
beta_z=[t(:,1:r),ones(num,1)]\f0; %求Y 关于t 的回归系数
beta_z(end,:)=[]; %删除常数项
xishu=w_star(:,1:r)*beta_z; %求Y 关于X 的回归系数，且是针对标准数据的回归系数，每一列是一个回归方程
mu_x=mu(1:n);
mu_y=mu(n+1:end);
sig_x=sig(1:n);sig_y=sig(n+1:end);
for i=1:m
    ch0(i)=mu_y(i)-mu_x./sig_x*sig_y(i)*xishu(:,i); %计算原始数据的回归方程的常数项
end
for i=1:m
    xish(:,i)=xishu(:,i)./sig_x'*sig_y(i); %计算原始数据的回归方程的系数，每一列是一个回归方程
end
disp('回归方程的系数，每一列是一个方程，每一列的第一个数是常数项,每一列为一个因变量与自变量们的回归方程')
sol=[ch0;xish] %显示回归方程的系数，每一列是一个方程，每一列的第一个数是常数项,每一列为一个因变量与自变量们的回归方程
%此为还原为原始变量后的方程
%% 感觉用途不大，用到的时候再查询怎么使用
save mydata x0 y0 num xishu ch0 xish
w1=w(:,1)
w2=w(:,2)
wx1=w_star(:,1)
wx2=w_star(:,2)
tx1=t(:,1)'
tx2=t(:,2)'
disp('回归系数')
beta_z %回归系数
disp('系数矩阵,即未还原原始变量的系数,每一列为一个因变量与自变量的回归方程')
xishu%系数矩阵,即未还原原始变量的系数,每一列为一个因变量与自变量的回归方程

%% 用法：分别计算出第四列第五列第六列和前三列的线性回归关系，给出系数，系数以列的方式给出，
%%sol分别为常数项系数，x1 x2 x3的系数




%生成mydata数据，进行偏最小二乘检验
format short
load('mydata.mat')%mydata为计算偏最小二乘保存的数据集，可以用于检验
%% 更直观的解释各个自变量的作用
figure
bar(xishu')%分别画出三个自变量对三个因变量标准化后回归方程的系数的的长度图
axis tight
hold on
annotation('textbox',[0.26 0.14 0.086 0.07],'String',{'单杠'},'FitBoxToText','off');
annotation('textbox',[0.56 0.14 0.086 0.07],'String',{'弯曲'},'FitBoxToText','off');
annotation('textbox',[0.76 0.14 0.086 0.07],'String',{'跳高'},'FitBoxToText','off');%在指定位置加注释
%% 拟合效果的确定
%所有点都在对角线附近均匀分布，则效果较好
ch0=repmat(ch0,num,1);%repmat起复制矩阵组合为新矩阵的作用
yhat=ch0+x0*xish; %计算y 的预测值
y1max=max(yhat);
y2max=max(y0);
ymax=max([y1max;y2max]);
cancha=yhat-y0; %计算残差
figure
subplot(2,2,1)
plot(0:ymax(1),0:ymax(1),yhat(:,1),y0(:,1),'*')
title('单杠成绩预测')
subplot(2,2,2)
plot(0:ymax(2),0:ymax(2),yhat(:,2),y0(:,2),'O')
title('弯曲成绩预测')
subplot(2,1,2)
plot(0:ymax(3),0:ymax(3),yhat(:,3),y0(:,3),'H')
title('跳高成绩预测')
%% 绘制拟合效果图和权重比重图

 

 

 

---