fix: change math expressions so gitea can render it
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- Streuung um den Mittelwert
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- Population vs. Stichprobe (Bessel-Korrektur mit $n-1$):
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$$
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\sigma^2 = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2
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\qquad
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s^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2
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$$
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$$ \sigma^2 = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2 \qquad s^2 = \frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2 $$
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- Kovarianz
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- Mass für das *gemeinsame* Streuen zweier Variablen (steigen sie zusammen oder gegenläufig?)
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- Hinweis: Kovarianz ist *nicht* die Steigung — die Regressionssteigung ist $\beta = \mathrm{Cov}(X,Y)/\mathrm{Var}(X)$
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- Ist nicht begrenzt im Gegensatz zur Korrelation ($\rho = \mathrm{Cov}(X,Y)/(\sigma_X \sigma_Y) \in [-1, 1]$)
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$$
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\mathrm{Cov}(X,Y) = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})(y_i - \bar{y})
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$$ \mathrm{Cov}(X,Y) = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})(y_i - \bar{y}) $$
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- Kovarianz-Matrix
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- Für zentrierte Datenmatrix $X_c \in \mathbb{R}^{n \times d}$ (Mittelwert pro Spalte abgezogen):
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\Sigma = \frac{1}{n}\, X_c^{\top} X_c
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\qquad
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\Sigma_{jk} = \mathrm{Cov}(X_j, X_k)
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$$
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- Für zentrierte Datenmatrix $X_c \in \mathbb{R}^{n \times d}$ (Mittelwert pro Spalte abgezogen)
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- $d \times d$, symmetrisch, positiv semidefinit
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- Diagonale = Varianzen, off-diagonal = Kovarianzen
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$$ \Sigma = \frac{1}{n}\, X_c^{\top} X_c \qquad \Sigma_{jk} = \mathrm{Cov}(X_j, X_k) $$
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- Eigenwert-Problem (Lambda)
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- Korrektur: die *Eigenwerte* $\lambda$ sind die Nullstellen des charakteristischen Polynoms (nicht die Eigenvektoren)
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- $A\mathbf{v} = \lambda \mathbf{v} \iff (A - \lambda I)\mathbf{v} = \mathbf{0}$
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- Nicht-triviale Lösung existiert nur, wenn:
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\det(A - \lambda I) = 0 \quad \text{(charakteristisches Polynom)}
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- Definition: $A\mathbf{v} = \lambda \mathbf{v} \iff (A - \lambda I)\mathbf{v} = \mathbf{0}$
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- Nicht-triviale Lösung existiert nur, wenn $\det(A - \lambda I) = 0$ (charakteristisches Polynom)
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- Vorgehen: 1) $\lambda$ aus dem char. Polynom bestimmen, 2) je $\lambda$ den Eigenvektor $\mathbf{v}$ aus $(A - \lambda I)\mathbf{v} = \mathbf{0}$ lösen
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- In der PCA: Eigenwert $\lambda_i$ = Varianz entlang PC$_i$; Gesamtvarianz $= \mathrm{tr}(\Sigma) = \sum_i \lambda_i$; erklärter Varianzanteil $= \lambda_i / \sum_j \lambda_j$
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