Ортогональные методы многомерного шкалирования.

В метрическом шкалировании укажем два метода: ординация Орлочи и метод главных проекций Торгерсона.

Ординация Орлочи представляет собой сравнительно простой геометрический метод. По матрице G вначале выбирают две наиболее различающиеся (удаленные) точки

(i,j = 1,2,…,N).

Прямая, проходящая через эти две точки, принимается за первую ось. Обозначим ее A₁A₂ (рис.15).

Рис.15. Ординация Орлочи

Проекции (координаты) остальных точек на первую ось, как видно из рис. 15, составят .

Строится матрица расстояний по найденным координатам, которая сравнивается с матрицей различий. Если соответствие приемлемое, решение достигнуто; в противном случае необходимо искать вторую ось, проходящую через точку, наиболее удаленную от прямой .Очевидно, это точка, которая доставит максимум , j=3,4,…,N.

Координаты остальных точек – проекции на полученные оси – можно получить геометрическим построением либо аналитически. Однако повышение размерности приводит к сложностям получения оценок. К тому же решение оказывается излишне чувствительным к данным, поскольку оно определяется всего по нескольким точкам.

В методе главных проекций Торгерсона предполагается, что матрица G – матрица евклидовых расстояний между объектами, не содержащая ошибок. По матрице G необходимо определить размерность пространства и проекции точек на его оси.Пусть – расстояния между точками i, j, k (рис.16).

Рис. 16. Графическая иллюстрация скалярного произведения

Вычислим симметричную матрицу B_i размерности N×N с элементами b_jk , представляющими скалярное произведение векторов с началом в точке i и концами в точках j и k: .

Любая из N точек может быть взята в качестве i-й. Таким образом можно получить N возможных матриц B_i. Согласно теореме Янга-Хаусхолдера:

1. Если какая-либо B_i (i=1,2,…,n) является положительно полуопределенной (ППО), то различия между объектами можно рассматривать как расстояния между точками в вещественном евклидовом пространстве.

2. Ранг любой ППО матрицы соответствует размерности r множества точек. (Напомним, то ранг ППО матрицы равен числу положительных собственных значений.)

3. Любую ППО матрицу можно факторизовать в виде B_i=XX′. Элементы Х есть проекции точек-объектов на r ортогональных осей в r-мерном вещественном пространстве с центром в точке i.

Для того чтобы уменьшить влияние возможных ошибок, начало координат помещают в центр тяжести всех объектов. Тогда координаты искомых (центрированных) точек будут иметь вид:

.

Матрица скалярных произведений новых переменных должна факторизоваться в виде . Подставляя сюда выражение для центрированных переменных и выражая координаты через расстояния можно получить, что где .

Легко видеть, что .

Матрицу называют матрицей с двойным центрированием. Факторизация матрицы проводится так же, как и в факторном анализе (см. п. 11.2).