京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
奇异值分解SVD的理解与应用
为更好的理解这篇文章,现在这里列出几个文中出现的概念,想要更深的理解这些概念,可以看我的另一篇文章:关于特征值的理解。
向量的内积:两向量a=[a1,a2,…,an]和b=[b1,b2,…,bn],其内积为 a⋅b=a1b1+a2b2+……+anbn。
特征值与特征向量:对一个m×m矩阵A和向量x,如果存在λ使得下式成立,Ax=λx,则称λ为矩阵A的特征值,x称为矩阵的特征向量。
对角矩阵:对角矩阵是除对角线外所有元素都为零的方阵。
正交矩阵:正交是一个方块矩阵V,行与列皆为正交的单位向量,即Vn×nVTn×n=In,使得该矩阵的转置矩阵为其逆矩阵,VT=V−1。
直接进入正题,矩阵当中有一个非常著名的理论,即:
一个n×n的对称矩阵A可以分解为:A=VDVT。其中,V是一个n×n正交矩阵,并且列向量是矩阵A的特征向量;D是一个n×n对角矩阵,并且对角线上的值为对应特征向量的特征值。
上面的理论是针对一个n×n的对称矩阵,那么对于任意的一个m×n的矩阵A,有没有类似的表达方法呢。答案是肯定的,svd正是用来解决这个问题的。
对任意一个m×n的矩阵A,可以将其分解为:A=USVT。其中U是一个m×m的正交矩阵;S是一个m×n的矩阵,其主对角元素≥0,非主对角元素均为0;V是一个n×n的正交矩阵。
![]()
关于svd的证明过程,似乎更多是数值上的工作,本文想给出更多intuitive上的理解。想要了解证明的可以参考这篇论文:Kalman D. A singularly valuable decomposition: the SVD of a matrix。
这样,对任意一个矩阵,我都可以分解成三个矩阵的内积。让我们看一下它有什么神奇的性质。
AAT=USVTVSTUT=USSTUT=UDUT(1)
由于V是一个正交矩阵,VT=V−1,所以VT*V=I。S只有主对角元素不为0,那么SST的结果为一个m×m的对角矩阵D。而虽然A是任意的一个m×n的矩阵,但AAT是一个m×m的对称矩阵。这样一看,AAT=UDUT是不是和前面那个理论非常相似。那么U的列向量应该是对称矩阵AAT的特征向量,D应该是一个对角矩阵,且对角线上值是对称矩阵AAT的特征值。
ATA=VSTUTUSVT=VSTSVT=VWVT(2)
同样,V的列向量则是对称矩阵ATA的特征向量,而W则是一个n×n的对角矩阵。这里W和D实际上是相同的,只是对角线上后面的0的数量不一样。
![]()
可以看出,矩阵S主对角线上的值,实际上是对称矩阵AAT或ATA特征值的平方根。
所以,实际上svd是一个矩阵分解方法,对于任意一个m×n的矩阵A,svd都可以将其分解成为A=USVT。其中矩阵U的列向量是对称矩阵AAT的特征向量,称作左奇异矩阵;矩阵V的的列向量是对称矩阵ATA的特征向量;S是一个m×n的矩阵,主对角线上的值是对称矩阵AAT或ATA特征值的平方根,称作奇异值,且非对角线上的值为0.
不知道写到这里,大家是不是对svd有了一个比较具体的印象。然而,上面只是从数学上解释了svd的构成,我们好奇的是,从很多地方,我们都听到了svd,即使如上面所述,它长的是这个样子,但是我们它到底可以用来做什么事情呢?
下面我们举几个svd的实际应用,加深我们对它的理解。
1)有损的数据压缩
假设我们有一个m×n的矩阵A,它表示一组数据
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 四层结构 · 零件与房子 · 六大易错点 一、什么是指标体系 定义:指标体系是整套完整框架 ...
2026-10-13写在开头 先还原一个你大概率见过的场面。 立项会上有人说:我们得做用户画像。 于是团队关进会议室,白板写满便利贴,两小时后 ...
2026-10-13 很多数据分析师每天都在计算指标、制作报表,但当被问到“什么叫指标数据元”“指标数据标准包含哪些核心维度”“指标数据质 ...
2026-10-13在统计学与数据分析研究中,相关性分析分为数值变量分析与分类变量分析两大类。针对身高、销量、分数等连续数值变量,通常采用皮 ...
2026-10-12在Power BI可视化分析体系中,常规表格仅能展示枯燥的数值数据,存在数据对比不直观、强弱规律不突出、维度交叉分析低效等问题。 ...
2026-10-12 很多数据分析师能熟练写SQL、做透视表,但当被问到“数据是从哪里来的?经过哪些加工才进入数据仓库?ETL具体做了什么?”时 ...
2026-10-12在传统零售行业同质化竞争激烈、大众营销转化率持续走低的背景下,依托经验与直觉的粗放式营销逐渐失效。美国塔吉特百货(Target ...
2026-10-10随着智能客服、数字化服务、用户精细化运营的快速普及,传统零散、非标准化的客户服务数据与业务体系逐渐难以支撑高效服务治理。 ...
2026-10-10 很多数据分析师能熟练地写SQL、做透视表、算描述性统计,但当被问到“如何预测用户流失概率”“如何归因销量下滑的关键因素 ...
2026-10-10CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 定义区别 · 场景举例 · 指标分类 · 计算方法 知识体系总览 模块 包含内容 一、核 ...
2026-10-09在数据分析工作流中,业务数据大多存储在各类关系型数据库内,例如MySQL、PostgreSQL、SQLite等。Pandas是Python生态中主流的数 ...
2026-10-09在数字化精细化运营时代,海量用户存在需求差异、行为差异、价值差异与偏好差异。如果企业采用“一刀切”的统一营销、统一服务、 ...
2026-10-09 很多数据分析师拿到数据就开始清洗、建模,但当被问到“这批数据属于什么类型——结构化还是非结构化?分类变量还是数值变量 ...
2026-10-09指标体系是企业数字化分析、业务监控、经营决策的核心基础框架,是将零散数据转化为可衡量、可对比、可落地业务价值的关键体系。 ...
2026-10-08随着市场竞争日趋饱和,同质化低价竞争逐渐陷入内卷僵局,传统以价格、渠道、促销为核心的营销模式边际效益持续递减。在此背景下 ...
2026-10-08 很多数据分析师画过趋势图、做过业绩预测,但当被问到“这个月销售额增长20%,到底是长期趋势自然增长,还是促销活动的短期 ...
2026-10-08你有没有想过,手机里点外卖、刷社交软件、转一笔账,背后到底是谁在替你"记着账"? 答案其实很简单:数据库,以及跟它对话的那 ...
2026-10-07CDA数据分析师 出品 作者:李诗怡 一、数据分析四大思维 1. 对比思维:没有对比就没有分析 核心观点:单独一个数字没有意义,有 ...
2026-10-05Kimball 是方法,星型模型是它产出的形状。 很多人把"Kimball vs 星型模型"当成一道选择题——这本身就是个误会:Kimball 是动词 ...
2026-10-05写在开头 老板在微信上甩来一句: "帮我看下为什么销量跌了。" ” 你回工位,打开 SQL,开始写。查订单表、拉近三个月、按 ...
2026-10-03