1.设的协方差矩阵,,试从协方差矩阵和相关系数矩阵出发求总体主成分,并加以比较

A<-matrix(c(1,4,4,100),nrow = 2)
 
ev=eigen(A)
 
val=round(ev$val,2)
vec=round(ev$val,3)
 
round(val/sum(val),4)
round(cumsum(val)/sum(val),4)

得到特征值和特征向量分别为

第一主成分的贡献率为0.04030552

对于相关系数矩阵,只是多了一步标准化的过程:

第一主成分的贡献率为0.7

2.设 ,协方差矩阵,其中的相关系数() (1)试从出发求的两个总体主成分; (2)求的等概密度椭圆的主轴方向; (3)试问当取多大时才能使第一主成分的贡献率达95%以上

(1)解:由习题一习题可知

(2)以为坐标轴,则可以得到对应的椭圆方程 则可知主轴方向就是以为坐标轴的方向

(3)

3.设元总体的协方差矩阵为

(1)试证明总体的第一主成分 (2)试求第一主成分的贡献率

(1)由第一章习题可知

由主成分定义可知

(2)第一主成分贡献率: 由贡献率定义可得

4.设总体,等概率密度椭球为 为常数).试问椭球的主轴方向是什么?

对于协方差矩阵,存在正交矩阵 则其中

5.设三元总体的协方差矩阵为,试求总体主成分.

只需取即可,更一般的证明见题9

6.设三元总体的协方差矩阵为,试求总体主成分,并计算每个主成分解释的方差比例(|

求得矩阵特征多项式为

特征值特征向量:

则可得到三个主成分

再由公式: 可知方差所占比例就是贡献率 则可知贡献率分别为

7.设 4 维随机向量的协方差矩阵是

其中, 试求的主成分.

与前面同理,计算略

8.已知总体次观测数据阵为的前个样本主成分,其中,且设变量的回归模型为

(1)试求参数的最小二乘估计 (2)求回归方程的回归平方和、残差平方和,以及判定系数 (1) (2) 其中

9.设有一个重特征值,即 给定观测值, (1)试证明:的极大似然估计是

(2)试证明:给出,其中是任何阶正交矩阵.

(1)有极大似然估计的似然函数给出:

带入似然函数可得: 对似然函数求导并让导数等于零可得:

则可知

故原式得证 (2)利用Lagrange求极值: 由偏导数可知,主需要取即可满足约束1,则对于矩阵满足正交情况都能够满足方程

10.若随机变量的协方差矩阵是非负定矩阵,随机变量 的协方差矩阵是,则的主成分的充要条件是的 主成分,其中 L 是正交矩阵.

必要性:若的主成分,则可知

对于Y而言有方程组

此时只需要取即可,不会影响的结构

充分性同理可得。