Soru

Zorluk: OrtaTemel Bileşenler Analizinin Amacı ve Varsayımları

Bir makine öğrenmesi mühendisi, geliştireceği modelde aşırı öğrenme (overfitting) riskini azaltmak ve çoklu doğrusal bağlantı (multicollinearity) sorununu gidermek amacıyla veri setine boyut indirgeme işlemi uygulayacaktır. Veri setinde yer alan bağımsız değişkenler farklı ölçek ve birimlerde (sıcaklık, basınç, miktar vb.) ölçülmüştür. Mühendis, veri setinin varyans-kovaryans yapısını özetleyerek toplam varyansı en yüksek oranda açıklayacak ve kendi aralarında dik (ortogonal) olacak yeni bileşenler türetmeyi hedeflemektedir. Ayrıca, veri setindeki değişkenler arası korelasyonların istatistiksel olarak anlamlı olduğu Bartlett Küresellik Testi ile doğrulanmıştır.

Bu bilgilere göre, mühendisin izlemesi gereken analiz yöntemi ve kullanması gereken matris türü ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  1. A
    Veri setindeki orijinal değişkenlik yapısını bozmamak adına analizin kovaryans matrisi üzerinden yapılması ve Temel Bileşenler Analizi ile boyut indirgenmesi daha uygundur.
  2. B
    Değişkenler arasındaki ilişkinin temelinde yatan gözlemlenemeyen gizil değişkenleri modellemek amacıyla, toplam varyans yerine ortak varyansı temel alan Faktör Analizi uygulanmalıdır.
  3. Değişkenlerin farklı ölçüm birimlerine sahip olması nedeniyle analizin korelasyon matrisi üzerinden yürütülmesi ve toplam varyansın açıklanmasına odaklanan Temel Bileşenler Analizi kullanılması gerekir.Cevap
  4. D
    Bartlett Küresellik Testi'nin anlamlı çıkması korelasyon matrisinin birim matris olduğunu kanıtladığından, değişkenlerin birbirine dik olduğu varsayımıyla dönüştürme yapılmadan analize başlanmalıdır.
  5. E
    Temel Bileşenler Analizinin temel varsayımı gereği, analize dahil edilen orijinal değişkenlerin kendi aralarında hiçbir doğrusal ilişki (korelasyon) bulunmaması gerektiğinden bu veri seti boyut indirgemeye uygun değildir.

Cevap

Değişkenlerin farklı ölçüm birimlerine sahip olması nedeniyle analizin korelasyon matrisi üzerinden yürütülmesi ve toplam varyansın açıklanmasına odaklanan Temel Bileşenler Analizi kullanılması gerekir.
Temel Bileşenler Analizi (TBA), birbiriyle ilişkili değişkenlerin boyutunu küçültürken veri setindeki toplam varyansı maksimum düzeyde açıklamayı ve dik (ortogonal) yeni bileşenler türetmeyi amaçlar. Değişkenlerin ölçüm birimleri farklı olduğunda varyansı sayısal olarak büyük olan değişkenin ilk bileşenleri domine etmesini engellemek için kovaryans matrisi yerine mutlaka korelasyon matrisi (veya standartlaştırılmış veri) kullanılmalıdır. Bu nedenle amaca ve veri yapısına en uygun istatistiksel adım korelasyon matrisi üzerinden TBA uygulamaktır.

Adım Adım Çözüm

1
Araştırmanın istatistiksel amacının belirlenmesi
Araştırmacı gizil (latent) değişkenler bulmak yerine toplam varyansı açıklayan ve birbirine dik olan yeni bileşenler türetmeyi hedeflemektedir.
Toplam varyansın maksimizasyonu ve ortogonal bileşen üretimi, Faktör Analizi'nin değil doğrudan Temel Bileşenler Analizi'nin (TBA) temel işlevidir.
2
Değişken ölçeklerine göre uygun matris tipinin seçilmesi
Değişkenler farklı ölçüm birimlerine (sıcaklık, basınç vb.) sahip olduğundan, birim farklılıklarının analizi bozmaması için korelasyon matrisi seçilmelidir.
Farklı birimlere sahip verilerde kovaryans matrisi kullanılırsa, yalnızca ölçeğinden dolayı varyansı büyük görünen değişkenler elde edilecek bileşenleri haksız biçimde domine eder.
3
Analiz varsayımlarının test sonuçlarıyla yorumlanması
Bartlett Küresellik Testi'nin anlamlı çıkması, değişkenler arasında TBA yapabilmek için gerekli olan minimum doğrusallık ve korelasyonun var olduğunu doğrulamıştır.
TBA'nın uygulanabilmesi için değişkenler arası korelasyon matrisinin birim matristen farklı olması şarttır.

Anahtar Kavram

Temel Bileşenler Analizinde Amaca Uygun Matris Seçimi ve Veri Varsayımları
Bu soruyu puanla