非负矩阵分解算法综述

本文介绍了非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)的基本原理和性质,将现有NMF算法分为了基于基本NMF模型的算法和基于改进NMF模型的算法两大类,在此基础上较为系统地分析、总结和比较了它们的构造原则、应用特点以及存在的问题,最后预测和分析了未来NMF算法研究的可能方向.

基于双线性型的非负矩阵集分解

非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)是一种常用的非负多元数据描述方法.处理数据矩阵集时,NMF描述力不强、推广性差.为解决这两个问题,并保留NMF的好特性,该文提出了非负矩阵集分解(Non-negative Matrix Set Factorization,NMSF)的概念,并在NMSF的框架下系统研究了基于双线性型的非负矩阵集分解(Bilinear Form-Based Non-negative Matrix Set Factorization,BFBNMSF),构造了单调下降的BFBNMSF算法.理论分析和实验结果均表明:处理数据矩阵集时,BFBNMSF比NMF描述力强、推广性好.由此可认为,此时BFBNMSF比NMF更善于抓住数据的本质特征.

非负矩阵集分解

非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)是一种新近被提出的方法,它以非线性的方式实现对非负多元数据的纯加性、局部化、线性和低维描述。NMF可使数据中的潜在结构、特征或模式变得清晰,因此它作为一种有效的特征提取手段已被成功应用在许多领域的研究中。但是,NMF的处理对象本质上是向量,用NMF处理数据矩阵集时要先将被处理矩阵集中的矩阵逐一矢量化,这常使对应的学习问题成为典型的小样本问题,从而使NMF结果的描述力不强、推广性差。为克服这两个问题,并保留NMF的好的特性,该文提出了非负矩阵集分解(Nonnegative Matrix-Set Factorization,NMSF),不同于NMF处理数据矩阵的矢量化结果,NMSF直接处理数据矩阵本身。理论分析显示:处理数据矩阵集时,NMSF会比NMF描述力强、推广性好。为了说明NMSF如何实现,也为了能对NMSF的性能做实验验证,构造了NMSF实现方式之一的基于双线性型的NMSF(Bilinear Form-Based NMSF,BFBNMSF)算法。BFBNMSF和NMF的比较实验结果支持了理论分析的结论。需要指出,更佳的描述力和更好的推广性意味着NMSF比NMF更善于抓住数据矩阵的本质特征。