spss中主成分分析

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。

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

第三步：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

spssau主成分分析操作共有三步：

①选择进阶方法--主成分分析

②将分析项拖拽到右侧分析框

③点击开始分析

默认提供主成分得分和综合得分，分析前勾选“成分得分”、“综合得分”即可。

主成分分析和因子分析都是信息浓缩的方法，即将多个分析项信息浓缩成几个概括性指标。

因子分析在主成分基础上，多出一项旋转功能，该旋转目的即在于命名，更容易解释因子的含义。如果研究关注于指标与分析项的对应关系上，或是希望将得到的指标进行命名，SPSSAU建议使用因子分析。

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。如希望进行排名比较，计算综合竞争力，可使用主成分分析。

SPSSAU可直接使用这两种方法，支持自动保存因子得分及综合得分，不需要手动计算。

扩展资料：

用F1的分量作为系数，用标准化变量Z1，…Zk作为新变量建立线性组合F1，称为第1主成份。用F2的分量作为系数，用标准比变量Z1，…Zk作为新变量，建立线性组合后，称为第2主成份。由此可见，主成份F1、F2都是综合性指标。

将数据标准化的数值代入建立的线性组合F1、F2中，就可得出第1主成份和第2主成份的得分，并以此得分高低来排出名次，从而对所研究的问题作出分析评价。

-主成份分析

主成分分析(PCA)是一种常用的无监督学习方法，这一方法利用正交变换把由现行相关变量表示的观测数据转化为少数几个由线性无关变量表示的数据，线性无关的变量称为主成分。主成分的个数通常小于原始变量的个数，所以主成分分析属于姜维方法。主成分分析主要用于发现数据中的基本结构，即数据中变量之间的关系，是数据分析的有力工具，也用于其他机器学习方法的前处理。

统计分析比中，数据的变量之间可能存在相关性，以致增加了分析的难度。于是，考虑由少数几个不相关的变量来代替相关的变量，用来表示数据，并且要求能够保留数据中的不部分信息。

主成分分析中，首先对给定数据进行规范化，使得数据每一变量的平均值为0，方差为1,。之后对数据进行正交变换，用来由线性相关表示的数据，通过正交变换变成若干个线性无关的新变量表示的数据。新变量是可能的正交变换中变量的方差和(信息保存)最大的，方差表示在新变量上信息的大小。将新变量一次成为第一主成分，第二主成分等。通过主成分分析，可以利用主成分近似地表示原始数据，这可理解为发现数据的“基本结构”；也可以把数据由少数主成分表示，这可理解为对数据降维。

方差最大的解释。假设有两个变量 ，三个样本点A,B,C。样本分布在由 轴组成的坐标系中，对坐标系进行旋转变换，得到新的坐标轴 ，表示新的变量 。坐标值的平方和 表示样本在变量 上的方差和。主成分分析旨在选取正交变换中方差最大的变量，作为第一主成分，也是是旋转变换中坐标值的平方和最大的轴。注意到旋转变换中变换中样本点到原点距离的平方和 不变，根据勾股定理，坐标值的平方和最大 等价于样本点到 轴的距离平方和 最小。所以，等价地，主成分分析在旋转变换中选取离样本点的距离的平方和最小的轴，作为第一主成分。第二主成分等的选取，在保证与已有坐标轴正交的条件下，类似地进行

假设 是m维随机变量，其均值是

,

协方差矩阵是

考虑到m维随机变量 到m维随机变量 的线性变换

其中

由随机变量的性质可知

总体主成分的定义 给定式(1)所示的线性变换，如果他们满足下列条件

设 是m维随机变量， 是 的协方差矩阵， 的特征值分别是 ，特征值对应的单位特征向量分别是 ，则 的第k主成分是

的第k主成分的方差是

即协方差矩阵 的第k个特征值

首先求 的第一主成分 ，即求系数向量 。第一主成分的 是在 的条件下， 的所有线性变换中使方差达到最大的

求第一主成分就是求解最优化问题

定义拉格朗日函数

其中 是拉格朗日乘子，将拉格朗日函数对 求导，并令其为0，得

因此 是 的特征值， 是对应的单位特征向量。于是目标函数

假设 是 的最大特征值 对应的单位特征向量，显然 与 是最优化问题的解，所以， 构成第一主成分，其方差等于协方差矩阵的最大特征值

接着求 的第二主成分 ，第二主成分的 是在 且 与 不相关条件下， 的所有线性变换中使达到最大

求第二主成分需参求解约束最优化问题

定义拉格朗日函数

其中 对应拉格朗日乘子。对 求偏导，并令其为0，得

将方程左则乘以 有

此式前两项为0，且 ，导出 ，因此式成为

由此， 是 的特征值， 是对应的特征向量，于是目标函数为

假设 是 的第二大特征值 的特征向量，显然 是以上最优化问题的解。于是 构成第二主成分，其方差等于协方差矩阵的第二大特征值，

按照上述方法可以求得第一、第二、直到第m个主成分，其系数向量 分别是 的第一、第二、直到m个单位特征向量， 分别是对应的特征值。并且，第k主成分的方差等于 的第k个特征值。

主成分分析的主要目的是降维，所以一般选择 个主成分（线性无观变量），使问题得以简化，并能保留原有变量的大部分信息。这里所说的信息是指原有信息的方差。

对任意正整数 ，考虑正交线性变换

其中 是q的维向量， 是qm维矩阵，令 的协方差矩阵为

则 的迹 在 时取最大值，其中矩阵 是由正交矩阵A的前q列组成。

这表明，当 的线性变换 在 时，其协方差矩阵 的迹 取得最大值。也就是说，当A取前 的前q个主成分时，能够最大限度地保留原有变量方差的信息。

以上作为选择k个主成分的理论依据。具体选择k的方法，通常利用方差贡献率。

第k主成分 的方差贡献率定义为 的方差与所有方差之和的比记作

k个主成分 的累计方差贡献率定义为k个方差之和和所有方差之和的比

通常取k使得累计方差贡献率达到规定的百分比以上，例如70%~80%。累计方差贡献率反映了主成分保留信息的比例，但它不能反映对某个原有变量 保留信息的比例，这时通常利用k个主成分 对原有变量 的贡献率。

k个主成分 对原有变量 的贡献率为 , 的相关系数的平方，记作

计算公式如下：

其中， 是随机变量 的方差，即协方差矩阵 的对角元素。

在实际问题中，不同变量可能有不同的量纲，直接求主成分有时会产生不合理的结果，为了消除这个影响，常常对各个随机变量实施规范化，使其均值为0，方差为1

设 为随机变量， 为第i个随机变量， ，令

其中， 分布是随机变量 的均值和方差，这时 就是 的规范化随机变量。

在实际问题中，需要在观测数据上进行主成分分析，这就是样本主成分分析。样本主成分也和总体主成分具体相同的性质。

使用样本主成分时，一般假设样本数据是规范化的，即对样本矩阵如下操作：

其中

样本协方差矩阵S是中体协方差矩阵 的无偏估计，样本相关矩阵R是总体相关矩阵的无偏估计，S的特征值和特征向量 的特征值和特征向量的无偏估计。

传统的主成分分析通过数据的协方差矩阵或相关矩阵的特征值分解进行，现在常用的方法是通过数据矩阵的奇异值分解进行。下面介绍数据的协方差矩阵或相关矩阵的分解方法

给定样本矩阵 ，利用数据的样本的协方差矩阵或样本相关矩阵的特征值分解进行主成分分析

给定样本矩阵 ，利用数据矩阵奇异值分解进行主成分分析，这里没有假设k个主成分

对于 维实矩阵A，假设其秩为r, ，则可将矩阵A进行截断奇异值分解

式 是 矩阵， 是k阶对角矩阵， 分别由取A的完全奇异分解的矩阵U，V的前k列， 由完全奇异分解的矩阵 的前k个对角元素得到

定义一个新的 矩阵

的每一列均值为0，

即 等于X的协方差矩阵

主成分分析归结于求协方差矩阵 的特征值和对应的单位特征向量。

假设 的截断奇异值分解为 ，那么V 的列向量就是 的单位向量，因此V的列向量就是X的主成分。于是X求X的主成分可以通过 的奇异值来实现

例子：我们简单粗暴直接上例子，我们带着问题看例子，一步一步来。（例子来自《应用多元统计》，王学民老师著）

在制定服装标准的过程中，对128名成年男子的身材进行了测量，每人测得的指标中含有这样六项：身高（x1）、坐高（x2） 、胸围（x3） 、手臂长（x4） 、肋围（x5）和腰围（x6） 。

第一步，对原始数据标准化（减去对应变量的均值，再除以其方差），并计算相关矩阵（或协方差矩阵）

第二步，计算相关矩阵的特征值及特征向量。特征值从大到小排列，特征向量和特征值对应从大到小排列。前三个主成分分别为：

第三步，根据累计贡献率(一般要求累积贡献率达到85%)可考虑取前面两个或三个主成分。

第四步，解释主成分。观察系数发现第一主成分系数多为正数，且变量都与身材大小有关系，称第一主成分为（身材）大小成分；类似分析，称第二主成分为形状成分（或胖瘦成分），称第三主成分为臂长成分。可考虑取前两个主成分。由于λ6非常小，所以存在共线性关系：

第五步，计算主成分得分。即对每一个样本数据标准化后带入第三步的主成分公式中，计算第一主成分得分，第二主成分得分。

第六步，将主成分可画图聚类，将主成分得分看成新的因变量可线性回归。

扩展资料

设有m条n维数据，m个样本，对原始数据标准化（减去对应变量的均值，再除以其方差），每个样本对应p个变量，x＝（x∗1，x∗2，⋯，x∗n）′x＝（x1∗，x2∗，⋯，xn∗）′。

1、求出自变量的协方差矩阵（或相关系数矩阵）；

2、求出协方差矩阵（或性关系数矩阵）的特征值及对应的特征向量；

3、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k行组成矩阵aa（为k＊p维）；

4、Y＝aT∗XaT∗X（Y为k＊1维）即为降维到k维后的数据，此步算出每个样本的主成分得分；

5、可将每个样本的主成分得分画散点图及聚类，或将主成分得分看成新的因变量，对其做线性回归等。

在主成分分析和因子分析的结果中，都会产生成分得分系数矩阵，用该矩阵中的系数与变量标准化之后的值对应相乘相加，便得出标准化的主成分得分，并且该值与“保存为变量”输出的FAC1_1等是相等的（略微的差异应该是计算时四舍五入的误差）。

主成分的解释，根据主成分系数矩阵得到各主成分的表达式，然后按照各变量对主成分的影响结合实际意义进行解释，得分越高越好，如果其中的某些变量对主成分的影响是反向的，需要事先对其数据进行正向化处理，这样就可以。

扩展资料：

在用统计分析方法研究多变量的课题时，变量个数太多就会增加课题的复杂性。人们自然希望变量个数较少而得到的信息较多。在很多情形，变量之间是有一定的相关关系的，当两个变量之间有一定相关关系时，可以解释为这两个变量反映此课题的信息有一定的重叠。

主成分分析是对于原先提出的所有变量，将重复的变量（关系紧密的变量）删去多余，建立尽可能少的新变量，使得这些新变量是两两不相关的，而且这些新变量在反映课题的信息方面尽可能保持原有的信息。

设法将原来变量重新组合成一组新的互相无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以取出几个较少的综合变量尽可能多地反映原来变量的信息的统计方法叫做主成分分析或称主分量分析，也是数学上用来降维的一种方法。

结果分析

（1）KMO与巴特利特球形检验

由表可以知，巴特利特球形检验的统计量值为3960473，相应的概率P值为0。在显著性水平下，应拒绝原假设，认为相关系数矩阵与单位矩阵存在显著差异。同时KMO值为0844，根据Kaiser给出的度量KMO的标椎可知问卷题项适合做因子分析。

（2）公因子方差

提取值表示每个变量被公因子表达的多少，一般认为，大于07就说明变量被公因子很好地表达。由表可以看出，绝大多数变量的提取值大于085，变量能被公因子很好地表达。

（3）解释总方差

提取方法：主成分分析法

（4）旋转成分矩阵

提取方法：主成分分析法

（5）计算因子得分:因子分析是基于研究各题项之间的内部依赖关系，将一些信息重叠、相关性高的变量指标归结为几个不相关的综合因子的多重统计方法。通过SPSS230得出的成分得分系数矩阵，见表，可得到、、、、公因子的得分表达式为：

其中、、、、公因子分别代表基础技能，创新能力，资源运用，合作精神，创新思维。