请教主成分回归分析在SPSS中的演示步骤

因子分析

1输入数据。

2点Analyze 下拉菜单，选Data Reduction 下的Factor 。

3打开Factor Analysis后,将数据变量逐个选中进入Variables 对话框中。

4单击主对话框中的Descriptive按扭，打开Factor Analysis: Descriptives子对话框，在Statistics栏中选择Univariate Descriptives项要求输出个变量的均值与标准差，在Correlation Matrix 栏内选择Coefficients项，要求计算相关系数矩阵，单击Continue按钮返回Factor Analysis主对话框。

5单击主对话框中的Extraction 按钮，打开如下图所示的Factor Analysis: Extraction 子对话框。在Method列表中选择默认因子抽取方法——Principal Components，在Analyze 栏中选择默认的Correlation Matrix 项要求从相关系数矩阵出发求解主成分，在Exact 栏中选择Number of Factors;6， 要求显示所有主成分的得分和所能解释的方差。单击Continue按钮返回Factor Analysis主对话框。

6单击主对话框中的OK 按钮，输出结果。

多元线性回归

1打开数据，依次点击：analyse--regression，打开多元线性回归对话框。

2将因变量和自变量放入格子的列表里，上面的是因变量，下面的是自变量。

3设置回归方法，这里选择最简单的方法：enter，它指的是将所有的变量一次纳入到方程。其他方法都是逐步进入的方法。

4等级资料，连续资料不需要设置虚拟变量。多分类变量需要设置虚拟变量。

虚拟变量ABCD四类，以a为参考，那么解释就是b相对于a有无影响，c相对于a有无影响，d相对于a有无影响。

5选项里面至少选择95%CI。

点击ok。

统计专业研究生工作室原创，请勿复杂粘贴

一、研究场景

主成分分析用于对数据信息进行浓缩，比如总共有20个指标值，是否可以将此20项浓缩成4个概括性指标。除此之外，主成分分析可用于权重计算和综合竞争力研究。即主成分分共有三个实际应用场景：

二、SPSSAU操作

SPSSAU左侧仪表盘“进阶方法”→“主成分”；

三、SPSSAU一般步骤

第一步:判断是否进行主成分(pca)分析;判断标准为KMO值大于06。

第二步:主成分与分析项对应关系判断。

特别提示： 如果研究目的完全在于信息浓缩，并且找出主成分与分析项对应关系，此时SPSSAU建议使用因子分析请参考因子分析手册，而非主成分分析。主成分分析目的在于信息浓缩（但不太关注主成分与分析项对应关系），权重计算，以及综合得分计算。

有时不太会关注主成分与分析项的对应关系情况，比如进行综合竞争力计算时，不需要过多关注主成分与分析项的对应关系情况。

主成与分析项对应关系判断: 假设预期为3个主成分,分析项为10个;主成分与分析项交叉共得到30个数字,此数字称作“载荷系数”(载荷系数值表示分析项与主成分之间的相关程度); 针对每个主成分,对应10个”载荷系数”,针对每个分析项,则有3个“载荷系数值”(比如0765,-0066,0093),选出3个数字绝对值大于04的那个值(0765),如果其对应主成分1,则说明此分析项应该划分在主成分1下面

对不合理分析项进行删除 ,共有三种情况; 第一类:如果分析项的共同度(公因子方差)值小于04,则对应分析项应该作删除处理;第二类:某分析项对应的“载荷系数”的绝对值,全部均小于04,也需要删除此分析项;第三类:如果某分析项与主成分对应关系出现严重偏差（通常也称作‘张冠李戴’）,也需要对该分析项进行删除处理

第三步:主成分命名

在第二步删除掉不合理分析项后,并且确认主成分与分析项对应关系良好后,则可结合主成分与分析项对应关系,对主成分进行命名

四、主成分分析计算权重

1方差解释率表格

使用主成分分析得到方差解释率表格，主成分分析一共提取出2个主成分，特征根值均大于1，此2个主成分的方差解释率分别是54450%,7798%，累积方差解释率为62248%。

2载荷系数表格

载荷系数表格里显示的是各分析项在主成分中的载荷系数，载荷系数可以反映主成分对于分析项的信息提取情况。

在计算分析项权重的时候，需要利用载荷系数等信息进行计算，共分为三步：

第一：计算线性组合系数矩阵，公式为：loading矩阵/Sqrt(特征根)，即载荷系数除以对应特征根的平方根。

3线性组合系数及权重结果

在计算分析项权重的时候，需要利用载荷系数等信息进行计算，共分为三步：

第一： 计算线性组合系数矩阵，公式为：loading矩阵/Sqrt(特征根)，即 载荷系数除以对应特征根的平方根。

例：主成分1：

以此类推。

主成分2：

以此类推。

第二： 计算综合得分系数，公式为： 累积（线性组合系数方差解释率）/累积方差解释率 ，即线性组合系数分别与方差解释率相乘后累加，并且除以累积方差解释率，即得到综合得分系数。

例：（02875445％）/6225％ + （01201780％）/6225％≈02661；

（02785445％）/6225％ + （01201780％）/6225％≈02683；

（024435445％）/6225％ + （05818 780％）/6225％≈02866；

（026175445％）/6225％ + （04385 780％）/6225％≈02839；

以此类推。

第三： 计算权重，将综合得分系数进行求和归一化处理即得到各指标权重值。

求和归一化： 

例：综合得分系数和为32671，（02661+02683+…+02199=32671）。

02661/32671=815%;02683/32671=821%;02866/32671=877%;以此类推。

4载荷图

载荷图 是针对成分与旋转后载荷值关系的图形化展示，使用较少，通常需要手工加‘圆圈’把挨在一起的因子圈起来，更直观展示成分与分析项的隶属对应关系情况。由于可读性和解释性问题，一般只关注于方差解释率靠前的前面几个成分，多数情况下只关注2个。

五、其他输出指标说明

1KMO 和 Bartlett 的检验

使用主成分分析进行信息浓缩研究，首先分析研究数据是否适合进行主成分分析，从上表可以看出：KMO为0910，大于06，满足主成分分析的前提要求，意味着数据可用于主成分分析研究。以及数据通过Bartlett 球形度检验(p<005)，说明研究数据适合进行主成分分析。

2成份得分系数矩阵

 使用主成分分析目的在于信息浓缩，则忽略“成份得分系数矩阵”表格。如果使用主成分分析法进行权重计算，则需要使用“成份得分系数矩阵”建立主成分和研究项之间的关系等式（基于标准化后数据建立关系表达式），如下：

成分得分1

=0104A1+0101A2+…+0101D2+0090D3;

成分得分2

=0115A1+0192A2+…-0044D2+0025D3;

3碎石图

  可结合 碎石图 辅助判断主成分提取个数。当折线由陡峭突然变得平稳时，陡峭到平稳对应的主成分个数即为参考提取主成分个数。实际研究中更多以专业知识，结合主成分与研究项对应关系情况，综合权衡判断得出主成分个数。图中可以看出当横坐标为2时，折线突然变得比较平稳。

六、疑难解惑

1主成分回归是什么意思？

主成分分析后，选中保存‘成分得分’，SPSSAU系统会新生成标题用于标识‘成分得分’，比如：PcaScore1_1234，继续使用‘成分得分’用于接下来的线性回归分析，即称作‘主成分回归’，通常‘主成分回归’用于解决共线性问题。

2SPSSAU时，面板数据如何进行主成分分析？

面板数据可直接进行主成分分析，面板数据格式相对较为特殊，在分析上直接针对研究指标进行分析即可。

3 SPSSAU时，成分得分是标准化后的数据进行吗？

成分得分的数据计算，默认是基于标准化后的数据进行。

七、总结

在各个领域的科学研究中，为了全面客观的分析问题，往往需要对反映事物的多个变量进行大量的观测，如果对这些变量进行一个一个的分析，可能会造成看待事物片面，不好得出一致的结论，主成分分析就是考虑各指标之间的相互关系，利用降维的思维，把多个指标转换成较少的几个互不相关的综合指标，从而使研究变的更简单。以上就是主成分分析的指标说明。

更多干货请前往 SPSSAU 官网查看。

什么是主成分分析法

主成分分析法： 英文全名 Principal Component Analysis 简称 PCA ，由名字就可以看出来，这是一个挑重点分析的方法。主成分分析 法是通过 恰当 的数学变换 ，使新变量—— 主成分成为原变量 的线性 组合 ，并选 取少数 几个在变差总信息量中 比例较 大的主成分来分析 事物 的一种方法 。 主成分在变差信息量中的比例越大 ， 它在综合评价 中的作用就越大

思想： 整体思想就是化繁为简，抓住问题关键，也就是降维思想。当然，既然是抓住关键，那么自然就是以牺牲精度为代价。

解决问题： 因为每个变量都在不同程度上反映了所研究问题的某些信息，并且指标之间彼此有一定的相关性，因而所得的统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。 在用统计方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和分析问题的复杂性。

人们希望在进行定量分析过程中，涉及的变量较少，得到的信息量较多。为了尽可能的减少冗余和噪音，一般情况可以从相关变量中选择一个，或者把几个相关变量综合为一个变量作为代表，用少数变量来代表所有变量。

原理： 因为评估所涉及的众多变量之间既然有一定的相关性，就必然存在着起支配作用的因素。根据这一点，通过对原始变量和相关矩阵的内部结构的关系研究 ，找出影响目标变量某一要素的几个综合指标，使综合指标为原来变量的线性拟合。 这样，综合指标不仅保留了原始变量的主要信息，且彼此间不相关，又比原始变量具有某些更优越的性质，使得我们在研究复杂目标变量评估问题时，容易抓住主要矛盾。

形象理解

比如，某学籍数据，有两列 M 和 F ，其中M 列的取值是如果学生为男性，则取值为 1 如果为女性，则取值为 0 。F 列，如果为男性则取值为 0 否则取值为一。 由这两种关系可以知道，这两列数据是强相关的。只要保留一列，就能够完全还原另外一列。  当然，不要局限于数据删除，还有数据转换，删除可以理解为在此方法中的一种方式。

当然，上述情况在真实数据中是不可能出现的。这里只是借此介绍一下这种思维。真实情况中， 我们需要考虑删除哪一列信息可以使得损失最小？或者是通过变换数据就能使得损失信息更小？又如何度量信息的丢失量？原始数据的处理降维有哪些步骤？

坐标示例：

我们来看下面这张图，这是一个椭圆的点阵。椭圆上面有一个长轴和一个短轴。现在我们要表示点阵的主要变化趋势，就可以以长短轴（或者平行于长短轴）构建新的坐标系。在极端的情况下，短轴变成了一个点，那么长轴就能代表这个点阵的趋势和特点。这样，一个二维数据，就变成了一维。

基础知识储备

内积与投影：

内积运算，将两个向量映射为一个实数。其几何意义就是 向量 A ，在向量 B 的投影长度。（下图是以二维向量为例，多维空间依然是如此。）

上式中，B 为单位向量

基 ：

同样以上图 B为例，B向量为（3，2）其表示的其实为在 X 轴的投影值为3 ，在Y轴的投影值 为 2 。这其实加入了一个隐含信息，就是本坐标轴 分别是以 X Y轴为方向的单位向量。这里的 X Y 轴其实就是我们所提到的 基。只不过一般默认为 （1，0）和（0，1）

所以呢，要描述一组向量，首先是要确定一组基。然后求这个向量在这组基中的投影即可。对基的要求是线性无关，并不一定非要正交。但是因为正交基有较好的性质，所以一般情况我们都是用正交基。

基变换

上面我们了解了基的原理。如果同样把（3，2）放到新基里面描述，那就是把向量和新基相乘即可。

如果是在描述中，有多个基呢？那就是与基阵相乘。

如何实现降维

上面的思路，我们都清楚了。那么我们如何通过基变换来降维呢？这里我们来举个例子。假设我们有一个矩阵如下。

为了处理方面，我们现在把每个字段都减去字段平均值，那么就变成了如下所示

表示在坐标上如下图

那么，我们现在想用一维坐标来表示，而且要求尽可能的保留原来的信息，我们需要如何选择方向（基）呢？（二维降一维）

思路就是，希望投影后的值尽可能的分散，避免重合。

协方差：

在概率论与统计学中，协方差用于衡量两个随机变量的联合变化程度。而方差则是协方差的一种特殊情况，即变量与自身的协方差。

期望：在概率论和统计学中，一个离散性随机变量的期望值（或数学期望，亦简称期望，物理学中称为期待值）是试验中每次可能的结果乘以其结果概率的总和。比如骰子的期望值为 1 1/6 +21/6 + …+ 61/6 = 35

协方差公式为：

其中，E(X) = u E(Y) = v

协方差表示的是两个变量的总体的误差 ，这与只表示一个变量误差的方差不同。 如果两个变量的变化趋势一致，也就是说如果其中一个大于自身的期望值，另外一个也大于自身的期望值，那么两个变量之间的协方差就是正值。 如果两个变量的变化趋势相反，即其中一个大于自身的期望值，另外一个却小于自身的期望值，那么两个变量之间的协方差就是负值。如果X 与Y 是统计独立的，那么二者之间的协方差就是0

流程和步骤

第一步：标准化

把输入数据集变量的范围标准化，以使它们中的每一个均可以大致成比例的分析。简单说，就是要把存在较大差异的数据转变为可比较的数据。比如把 0-100 的变量转化为 0-1 的变量。这一步一般可以通过减去平均值，再除以每个变量值的标准差来完成。标准差公式如下

那么常用的标准化指标变量公式可为

第二步：协方差矩阵计算

这一步的目的是：了解输入数据集的变量是如何相对于平均值变化的。或者换句话说，是为了查看它们之间是否存在任何关系。因为有时候，变量间高度相关是因为它们包含大量的信息。因此，为了识别这些相关性，我们进行协方差矩阵计算。

协方差矩阵是p×p对称矩阵（其中p是维数），其所有可能的初始变量与相关联的协方差作为条目。

好了，现在我们知道协方差矩阵只不过是一个表，汇总了所有可能配对的变量间相关性。下面就是计算协方差矩阵的特征向量和特征值，以筛选主要成分。

第三步：计算协方差矩阵的特征向量和特征值，用以识别主成分

特征向量和特征值都是线性代数概念，需要从协方差矩阵计算得出，以便确定数据的主成分。开始解释这些概念之前，让我们首先理解主成分的含义

主成分是由初始变量的线性组合或混合构成的新变量。该组合中新变量（如主成分）之间彼此不相关，且大部分初始变量都被压缩进首个成分中。所以，10维数据会显示10个主成分，但是PCA试图在第一个成分中得到尽可能多的信息，然后在第二个成分中得到尽可能多的剩余信息，以此类推。

例如，假设你有一个10维数据，你最终将得到的内容如下面的屏幕图所示，其中第一个主成分包含原始数据集的大部分信息，而最后一个主成分只包含其中的很少部分。因此，以这种方式组织信息，可以在不丢失太多信息的情况下减少维度，而这需要丢弃携带较少信息的成分。

在这里，方差和信息间的关系是，线所承载的方差越大，数据点沿着它的分散也越大，沿着线的散点越多，它所携带的信息也越多。简单地说，只要把主成分看作是提供最佳角度来观察和评估数据的新轴，这样观测结果之间的差异就会更明显。

协方差矩阵的特征向量实际上是方差最多的轴的方向（或最多的信息），我们称之为主成分。通过特征值的顺序对特征向量进行排序，从最高到最低，你就得到了按重要性排序的主成分。

第四步：特征向量

正如我们在上一步中所看到的，计算特征向量并按其特征值依降序排列，使我们能够按重要性顺序找到主成分。在这个步骤中我们要做的，是选择保留所有成分还是丢弃那些重要性较低的成分（低特征值），并与其他成分形成一个向量矩阵，我们称之为特征向量。

因此，特征向量只是一个矩阵，其中包含我们决定保留的成分的特征向量作为列。这是降维的第一步，因为如果我们选择只保留n个特征向量（分量）中的p个，则最终数据集将只有p维。

第五步：沿主成分轴重新绘制数据

在前面的步骤中，除了标准化之外，你不需要更改任何数据，只需选择主成分，形成特征向量，但输入数据集时要始终与原始轴统一（即初始变量）。

这一步，也是最后一步，目标是使用协方差矩阵的特征向量去形成新特征向量，将数据从原始轴重新定位到由主成分轴中（因此称为主成分分析）。这可以通过将原始数据集的转置乘以特征向量的转置来完成。

优缺点

优点：化繁为简，降低了计算量。

缺点：一定程度上损失了精度。并且只能处理“线性问题”，这是一种线性降维技术、

总结

假设我们拿到了一份数据集，有m个样本，每个样本由n个特征（变量）来描述，那么我们可以按照以下的步骤进行降维：

1、将数据集中的每个样本作为列向量，按列排列构成一个n行m列的矩阵；

2、将矩阵的每一个行向量（每个变量）都减去该行向量的均值，从而使得新行向量的均值为0，得到新的数据集矩阵X；

3、求X的协方差矩阵，并求出协方差矩阵的特征值λ和单位特征向量e；

4、按照特征值从大到小的顺序，将单位特征向量排列成矩阵，得到转换矩阵P，并按PX计算出主成分矩阵；

5、用特征值计算方差贡献率和方差累计贡献率，取方差累计贡献率超过85%的前k个主成分，或者想降至特定的k维，直接取前k个主成分。

参考文章： https://blogcsdnnet/Murray_/article/details/79945148

参考文章： https://wwwcnblogscom/Luv-GEM/p/10765574html

参考文章： https://wwwssffxcom/wangzhanjianshe/40715html

影响达成目标的因素存在很多种，利用数据定量确定各因素Xi对目标或Y值影响效果，从而达到数据驱动运营的效果。

其中，要确定因素Xi的权重。权重必须符合所有因素的权重累积和为1，即归一化。

下面，以“提升商品详情页”UV为例，按分析步骤应用主成分分析法。

注：本文所有数据为编造的虚假数据，仅为数据分析所用，不具有任何应用价值。

通过定量分析，确定各因素所占权重。得出影响因素的公式，可以确定出商品详情页受欢迎程度，为商品推荐、提升商品销量、首页商品位置设计提供动态的公式依据。

一般情况下，由于影响某目标的因素存在N多个，这些因素变构成N维空间数据。在这种情况下，这N维数据往往有具有一定的相关性，我们要确定这N维数据对目标的影响权重是非常困难的。然而，主成分分析方法提供给我们一种降维的思想，通过将N维因子进行正交变换，随即形成彼此之间相互独立的k维（k<N）数据，这种方法大大降低了分析的维度。并且，通过分析得出“主成分”，利用“主成分”确定影响权重，就变得简单可行。

利用主成分分析方法确定多因素影响权重的大致思路如下所示：

下面，详细介绍各步骤：

将数据导入或录入到SPSS数据视图中，并在变量视图中更改变量名称、类型、宽度、小数位数等参数。

点击工具栏中“分析” -> “降维” -> “因子分析”，呈现出因子分析框。

将需要分析的因子加入至变量框中。

并针对各统计框进行设置：

描述

提取

按照上述步骤进行操作，输出因子分析结果。

根据上表“总方差解释”可以看出，前第三个成分的初始特征值均大于1，并且累计%已高达98608，大于80%。因此，可以用前三个成分来代替原来的六个指标因素（UV、PV、销售额、销量、加入购物车数量、收藏数量）。这样，变降低了分析的维度。

从表总可以看出，第1,2,3主成分对于原指标的载荷数。例如，主成分1对于UV的载荷数为0797。

下面利用Excel编辑公式，确定各因素的权重。

将“总方差解释”和“成分矩阵”两张表复制到Excel中，以备数据分析使用。

利用表格“成分矩阵”中载荷数除以表格“总方差解释”中“总计值”开平方。

例如：成分1在UV中的系数为：0797/SQRT（2913）

结果如下图所示：

对步骤（1）中所得的各指标所拥有的三个主成分进行加权平均，注意利用的是初始特征值的方差百分比。

例如：指标UV在综合得分模型中的系数为

（0467 4855%+0326 32443%-03717641%）/（4855%+32443%+17641%）=0271

即，将各因素在综合得分模型中的系数进行归一化。

例如：指标UV的权重系数为

0271/SUM（0217+0153+…+0111）=0202

最终，我们得到在这6项因素中，各因素所占的权重值。

主成分分析（ Principal components analysis），简称PCA，是最主要的数据降维方法之一。本文从PCA的思想开始，一步一步推导PCA。

对于 , 。我们希望 从 维降到 维，同时希望信息损失最少。比如，从 维降到 ：

我们既可以降维到第一主成分轴，也可以降维到第二主成分轴。那么如何找到这这些主成分轴并且选择最优成分轴呢？

直观上，第一主成分轴 优于 第二主成分轴，即具有最大可分性。

下面解决一些基本概念。

欲获得原始数据新的表示空间，最简单的方法是对原始数据进行线性变换（基变换）：

其中 是原始样本， 是基向量， 是新表达。

数学表达：

其中 是行向量，表示第 个基， 是一个列向量，表示第 个原始数据记录

当 时即 基的维度 < 数据维度时，可达到降维的目的。即：

以直角坐标系下的点(3,2)为例，欲将点(3,2)变换为新基上的坐标，就是用(3,2)与第一个基做内积运算，作为第一个新的坐标分量，然后用(3,2)与第二个基做内积运算，作为第二个新坐标的分量。

可以稍微推广一下，如果我们有m个二维向量，只要将二维向量按列排成一个两行m列矩阵，然后用“基矩阵”乘以这个矩阵，就得到了所有这些向量在新基下的值。例如(1,1)，(2,2)，(3,3)，想变换到刚才那组基上，则可以这样表示：

回顾一下，我们的目的是希望在降维过程中损失最少，换言之，我们希望投影后的数据尽可能分散开。这种分散程度可以用方差来表达， 方差 越大，数据越分散。

随机变量 表达了 的取值与其数学期望之间的偏离程度。若 较小，意味着 的取值主要集中在期望 也就是 的附近，反之，若 较大，意味着 的取值比较分散。

为了避免过于抽象，我们以一个具体的例子展开。假设我们5个样本数据，分别是 ，将它们表示成矩阵形式：

为了后续处理方便，我们首先将每个字段内所有值都减去字段均值，其结果是将每个字段都变为均值为0

我们看上面的数据，设第一个特征为 ，第二个特征为 , 此时某一个样本可以写作：

且特征 的均值为2, 特征 的均值为3，所以变换后：

协方差 （Covariance）在 概率论 和 统计学 中用于衡量两个变量的总体 误差 。

比如对于二维随机变量 ，特征 除了自身的数学期望和方差，还需要讨论 之间互相关系的数学特征。

当 时，变量 完全独立，这也是我们希望达到的优化目标。

方差 是协方差的一种特殊情况，即当两个变量是相同的情况:

对于 二维 随机变量 ,

对于 n维 随机变量 ,

可见，协方差矩阵是 行 列的对称矩阵，主对角线上是方差，而协对角线上是协方差。

依然我们以一个具体的例子展开，还是这5个样本数据， , ，将它们去中心化后表示成矩阵形式：

那如果有 个样本的话，

对 做一些变换，用 乘以 的转置，并乘上系数1/m：

这不正是协方差矩阵嘛！

现在我们可以说：

回顾一下：

设 的协方差矩阵为 ， 的协方差矩阵为 ，且 。

我们要找的 不是别的，而是能让原始协方差矩阵对角化的 。

现在所有焦点都聚焦在了 协方差矩阵对角化 问题上。

由上文知道，协方差矩阵 是一个是对称矩阵，在线性代数上，实对称矩阵有一系列非常好的性质：

1）实对称矩阵不同特征值对应的特征向量必然正交。

2）设特征向量 重数为 ，则必然存在 个线性无关的特征向量对应于 ，因此可以将这 个特征向量单位正交化。

由上面两条可知，一个 行 列的实对称矩阵一定可以找到 个单位正交特征向量，设这 个特征向量为 ，我们将其按列组成矩阵：

则对协方差矩阵 有如下结论：

其中 为对角矩阵，其对角元素为各特征向量对应的特征值（可能有重复）。

结合上面的公式：

其中， 为对角矩阵，我们可以得到：

是协方差矩阵 的特征向量单位化后按行排列出的矩阵，其中每一行都是 的一个特征向量。如果设 按照 中特征值的从大到小，将特征向量从上到下排列，则用 的前 行组成的矩阵乘以原始数据矩阵 ，就得到了我们需要的降维后的数据矩阵 。

总结一下PCA的算法步骤：

设有 条 维数据。

1）将原始数据按列组成 行 列矩阵X

2）将 的每一行（代表一个特征）进行零均值化，即减去这一行的均值

3）求出协方差矩阵

4）求出协方差矩阵 的特征值及对应的特征向量

5）将特征向量按对应特征值大小从上到下按行排列成矩阵，取前 行组成矩阵

6） 即为降维到 维后的数据

这里以上文提到的：

，将它们表示成矩阵形式：

我们用PCA方法将这组二维数据其降到一维。

为了后续处理方便，我们首先将每个特征内所有值都减去字段均值，其结果是将每个字段都变为均值为0

因为这个矩阵的每行已经是零均值，这里我们直接求协方差矩阵：

对于矩阵 :

和 分别是特征值和特征向量，

，则：

为了使这个方程式有非零解，矩阵 的行列式必须是 0 ：

即：

则：

分解得：

找到2个特征值， , ,

when :

即：

则：

和 可以取任意值，我们取归一化的 和 ，即： ,

此时 和

when :

即：

则：

和 可以取任意值，我们取归一化的 和 ，即：

此时 和

所以：

可以验证协方差矩阵C的对角化：

最后我们用 的第一行乘以数据矩阵，就得到了降维后的表示：

降维投影结果如下图：

在对灾毁土地复垦效益进行分析时，会碰到众多因素，各因素间又相互关联，将这些存在相关关系的因素通过数学方法综合成少数几个最终参评因素，使这几个新的因素既包含原来因素的信息又相互独立。简化问题并抓住其本质是分析过程中的关键，主成分分析法可以解决这个难题。

(一)主成分分析的基本原理

主成分分析法(Principal Components Analysis，PCA)是把原来多个变量化为少数几个综合指标的一种统计分析方法。从数学角度来看，这是一种降维处理方法，即通过对原始指标相关矩阵内部结果关系的研究，将原来指标重新组合成一组新的相互独立的指标，并从中选取几个综合指标来反映原始指标的信息。假定有n个评价单元，每个评价单元用m个因素来描述，这样就构成一个n×m阶数据矩阵：

灾害损毁土地复垦

如果记m个因素为 x1，x2，…，xm，它们的综合因素为 z1，z2，…，zp(p≤m)，则：

灾害损毁土地复垦

系数lij由下列原则来决定：

(1)zi与zj(i≠j，i，j＝1，2，…，p)相互无关；

(2)z1是x1，x2，…，xm的一切线性组合中方差最大者，依此类推。

依据该原则确定的综合变量指标z1，z2，…，zp分别称为原始指标的第1、第2、…、第p个主成分，分析时可只挑选前几个方差最大的主成分。

(二)主成分分析法的步骤

(1)将原始数据进行标准化处理，以消除原始数据在数量级或量纲上的差异。

(2)计算标准化的相关数据矩阵：

灾害损毁土地复垦

(3)用雅克比法求相关系数矩阵R的特征值(λ1，λ2，…，λp)和与之相对应的特征向量 αi＝(αi1，αi2，…，αip)，i＝1，2，…，p。

(4)选择重要的主成分，并写出其表达式。

主成分分析可以得到P个主成分，但是由于各个主成分的方差与其包含的信息量皆是递减的，所以在实际分析时，一般不选取P个主成分，而是根据各个主成分所累计的贡献率的大小来选取前K个主成分，这里的贡献率是指某个主成分的方差在全部方差中所占的比重，实际上也是某个特征值在全部特征值合计中所占的比重。即：

灾害损毁土地复垦

这说明，主成分所包含的原始变量的信息越强，贡献率也就越大。主成分的累计贡献率决定了主成分个数K的选取情况，为了保证综合变量能包括原始变量的绝大多数信息，一般要求累计贡献率达到85%以上。

另外，在实际应用过程中，选择主成分之后，还要注意主成分实际含义的解释。如何给主成分赋予新的含义，给出合理的解释是主成分分析中一个相当关键的问题。一般来说，这个解释需要根据主成分表达式的系数而定，并与定性分析来进行有效结合。主成分是原来变量的线性组合，在这个线性组合中各变量的系数有正有负、有大有小，有的又大小相当，因此不能简单地把这个主成分看作是某个原变量的属性作用。线性组合中各变量系数的绝对值越大表明该主成分主要包含了该变量；如果有几个大小相当的变量系数时，则认为这一主成分是这几个变量的综合，而这几个变量综合在一起具有什么样的实际意义，就需要结合具体的问题和专业，给出合理的解释，进而才能达到准确分析的目的。

(5)计算主成分得分。根据标准化的原始数据，将各个样品分别代入主成分表达式，就可以得到各主成分下的各个样品的新数据，即为主成分得分。具体形式可如下：

灾害损毁土地复垦

(6)依据主成分得分的数据，则可以进行进一步的统计分析。其中，常见的应用有主成分回归，变量子集合的选择，综合评价等。

(三)主成分分析法的评价

通过主成分分析法来评价复垦产生的效益，可将多个指标转化成尽可能少的综合性指标，使综合指标间互不相干，既减少了原指标信息的重叠度，又不丢失原指标信息的总含量。该方法不仅将多个指标转化成综合性指标，而且也能对每个主成分的影响因素进行分析，从而判别出影响整个评价体系的关键因素，并且主成分分析法在确定权重时可以科学地赋值，以避免主观因素的影响。

需要注意的是，主成分分析法虽然可以对每个主成分的权重进行科学、定量的计算，避免人为因素及主观因素的影响，但是有时候赋权的结果可能与客观实际有一定误差。因此，利用主成分分析法确定权重后，再结合不同专家给的权重，是最好的解决办法。这样可以在定量的基础上作出定性的分析，通过一定的数理方法将两种数据结合起来考虑。

层次分析法：

主成分分析和层次分析两者计算权重的不同，AHP层次分析法是一种定性和定量的计算权重的研究方法，采用两两比较的方法，建立矩阵，利用了数字大小的相对性，数字越大越重要权重会越高的原理，最终计算得到每个因素的重要性。

主成分分析

（1）方法原理及适用场景

主成分分析是对数据进行浓缩，将多个指标浓缩成为几个彼此不相关的概括性指标（主成分），从而达到降维的目的。主成分分析可同时计算主成分权重及指标权重。

（2）操作步骤

使用SPSSAU进阶方法-主成分分析。

如果计算主成分权重，需要用到方差解释率。具体加权处理方法为：方差解释率除累积方差解释率。

比如本例中，5个指标共提取了2个主成分：

主成分1的权重：45135%/69390%=6505%

主成分2的权重：24254%/69390%=3495%

如果是计算指标权重，可直接查看“线性组合系数及权重结果表格”，SPSSAU自动输出了各指标权重占比结果。其计算原理分为三步：

第一：计算线性组合系数矩阵，公式为：loading矩阵/Sqrt(特征根)，即载荷系数除以对应特征根的平方根；

第二：计算综合得分系数，公式为：累积（线性组合系数方差解释率）/累积方差解释率，即上一步中得到的线性组合系数分别与方差解释率相乘后累加，并且除以累积方差解释率；

第三：计算权重，将综合得分系数进行归一化处理即得到各指标权重值。

工具/原料

spss200

方法/步骤

先在spss中准备好要处理的数据，然后在菜单栏上执行：analyse--dimension reduction--factor analyse。打开因素分析对话框

我们看到下图就是因素分析的对话框，将要分析的变量都放入variables窗口中

点击descriptives按钮，进入次级对话框，这个对话框可以输出我们想要看到的描述统计量

因为做主成分分析需要我们看一下各个变量之间的相关，对变量间的关系有一个了解，所以需要输出相关，勾选coefficience，点击continue，返回主对话框

回到主对话框，点击ok，开始输出数据处理结果

你看到的这第一个表格就是相关矩阵，现实的是各个变量之间的相关系数，通过相关系数，你可以看到各个变量之间的相关，进而了解各个变量之间的关系

第二个表格显示的主成分分析的过程，我们看到eigenvalues下面的total栏，他的意思就是特征根，他的意义是主成分影响力度的指标，一般以1为标准，如果特征根小于1，说明这个主因素的影响力度还不如一个基本的变量。所以我们只提取特征根大于1的主成分。如图所示，前三个主成分就是大于1的，所以我们只能说有三个主成分。另外，我们看到第一个主成分方差占所有主成分方差的469%，第二个占275%，第三个占150%。这三个累计达到了895%。