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独立元分析

/independent component analysis/
条目作者张军平

张军平

最后更新 2024-12-03
浏览 161
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其目的是寻找内在独立的源变量。同主成分分析不同,独立元分析假定了采集的数据是由多个统计独立的非高斯信号源经过某种变换组合而成。但信息源之间往往不具有如高斯分布一样的独立性,即正交特性。因此,采用隐含高斯分布假设的主成分分析不能够将这些独立的信号源有效分离开来。又称独立分量分析、独立成分分析。

英文名称
independent component analysis
又称
独立分量分析、独立成分分析
所属学科
计算机科学技术

要实现独立源信息的分离,Aapo Hyvärinen等提出了非高斯性假设,并基于此建立了能远离高斯分布的目标准则。通过优化准则,来反向将信息源信息分离。

具体来说,假定采集到的数据是由个随机向量,而个独立的源分量为,经典的独立分量分析假定采集到的数据是由源分量线性组合而成,即。式中为线性变换矩阵。目标函数是寻找的逆变换,使得:,并满足独立分量之间相互独立的条件。独立性由某个准则来判定。

独立元分析最早起源于鸡尾酒问题 (cocktail party problem)。即,人在鸡尾酒会中,可以轻松地分离出聊天的人群中想关注的人声,而忽略其他不关注的声音。而如果用麦克风收音,计算机却很难对混合后的声音实现类似人声分离的能力。完成这一分离的研究,俗称盲源分离。它在音乐乐器声分离、人声分离及图像中都重要的应用。最早常采用独立分量分析方法及其变种进行分离。其难点在于独立源的特性(如数量、位置等)未知,逆向寻找是个病态问题,无法找到唯一解或最优解,只能找到近优解。

随着大数据获得更为方便,在某些应用领域已经开始用深度学习来分别学习不同的独立源,并通过权值共享、源标签等保持以及对抗学习技术来实现盲源分离,已经取得好的效果。但在数据集规模偏小的领域,采用独立元分析及其变种仍然是简单有效的方法。

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