잡음 민감성이 개선된 변형 퍼지 주성분 분석 기법

Abstract

주성분 분석(PCA)은 차원 축소와 특징 추출을 위해 널리 사용되는 기법 중의 하나이지만 자승 오류의 사용으로 인해 잡음에 민감한 단점이 있다. 이러한 잡음 민감성을 개선하기 위해 다양한 방법이 소개되었고 그 중 improved robust fuzzy PCA(RF-PCA2)는 퍼지 소속도를 이용한 반복적 최적화 기법으로 다른 방법에 비해 우수한 성능을 보였다. 하지만 RF-PCA2 역시 국부적인 최적해에 빠질 수 있으며 그 원인 중 하나는 RF-PCA2 알고리듬이 소속도를 균일한 값으로 초기화시키기 때문이다. 또한 퍼지 소속도를 사용하고 있지만 여전히 목적함수가 자승 오류 최소화에 기초하고 있다는 사실도 그 원인이 된다. 이 논문에서는 RF-PCA2의 이러한 문제점을 개선한 RF-PCA3를 제안한다. 제안하는 알고리듬은 RF-PCA2의 목적 함수를 바탕으로 하고 있다. 여기에 PCA의 목적 함수를 추가하고 초기 소속도 값을 데이터의 분포로부터 계산함으로써 전역 최적해에 가까운 해를 얻을 수 있는 가능성을 높여준다. 이러한 사실들은 실험 결과를 통해 확인할 수 있다. Principal component analysis (PCA) is a well-known method for dimensionality reduction and feature extraction. Although PCA has been applied in many areas successfully, it is sensitive to outliers due to the use of sum-square-error. Several variants of PCA have been proposed to resolve the noise sensitivity and, among the variants, improved robust fuzzy PCA (RF-PCA2) demonstrated promising results. RF-PCA2, however, still can fall into a local optimum due to equal initial membership values for all data points. Another reason comes from the fact that RF-PCA2 is based on sum-square-error although fuzzy memberships are incorporated. In this paper, a variant of RF-PCA2 called RF-PCA3 is proposed. The proposed algorithm is based on the objective function of RF-PCA2. RF-PCA3 augments RF-PCA2 with the objective function of PCA and initial membership calculation using data distribution, which make RF-PCA3 to have more chance to converge on a better solution than that of RF-PCA2. RF-PCA3 outperforms RF-PCA2, which is demonstrated by experimental results.