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'''Singular Value Decomposition (SVD)''' is a mathematical technique used to decompose a matrix into three component matrices. It is widely used in data analysis, dimensionality reduction, machine learning, and signal processing. ==Definition== SVD decomposes a matrix \( A \) into three matrices: *'''U:''' An orthogonal matrix containing the left singular vectors. *'''Σ (Sigma):''' A diagonal matrix with singular values sorted in descending order. *'''V^T:''' An orthogonal matrix containing the right singular vectors. The decomposition is represented as: *'''A = U Σ V^T''' ==Steps in Singular Value Decomposition== #Decompose the matrix into the matrices U, Σ, and V^T. #Use the singular values (diagonal elements of Σ) to identify the significance of each component. #Optionally, approximate the matrix by retaining only the top k singular values, effectively reducing its dimensions. ==Applications of SVD== SVD is a versatile technique with applications in various fields: *'''Dimensionality Reduction:''' Compresses data by retaining only the most significant singular values. *'''Recommender Systems:''' Identifies latent factors in user-item interaction matrices for collaborative filtering. *'''Image Compression:''' Reduces the size of image data while retaining key features. *'''Noise Reduction:''' Filters out noise by ignoring small singular values. *'''Natural Language Processing (NLP):''' Powers techniques like Latent Semantic Analysis (LSA) to find relationships between terms and documents. ==Example of SVD in Python== A simple example using Python’s NumPy library:<syntaxhighlight lang="python"> import numpy as np # Example matrix A = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]) # Perform SVD U, S, VT = np.linalg.svd(A) print("U matrix:", U) print("Singular values:", S) print("V^T matrix:", VT) </syntaxhighlight> ==Advantages== *'''Efficient Data Representation:''' Retains essential patterns in data while reducing dimensionality. *'''Robust to Noise:''' Ignores less significant components, effectively filtering noise. *'''Wide Applicability:''' Used across multiple disciplines like machine learning, image processing, and NLP. ==Limitations== *'''Computational Cost:''' SVD can be slow for very large matrices. *'''Interpretability:''' Singular vectors and values may not always have clear meanings. *'''Storage Requirements:''' Requires substantial memory for large datasets. ==Relation to PCA== SVD is closely related to [[Principal Component Analysis (PCA)]]. In PCA: *Singular values correspond to the square roots of the eigenvalues of the covariance matrix. *Left singular vectors correspond to the principal components. ==Related Concepts and See Also== *[[Principal Component Analysis]] *[[Latent Semantic Analysis]] *[[Matrix Decomposition]] *[[Dimensionality Reduction]] *[[Eigenvalues and Eigenvectors]] *[[Recommender Systems]] [[분류:Data Science]]
요약:
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