Principal component analysis (PCA) is a classical and widely used method for dimensionality reduction, with applications in data compression, computer vision, pattern recognition, and signal processing. However, PCA is designed for vector-valued data and encounters two major challenges when applied to matrix-valued data with heavy-tailed distributions or outliers: (1) vectorization disrupts the intrinsic matrix structure, leading to information loss and the curse of dimensionality, and (2) PCA is highly sensitive to outliers. Factored PCA (FPCA) addresses the first issue through probabilistic modeling, using a matrix normal distribution that explicitly represents row and column covariances via a separable covariance structure, thereby preserving the two-way dependency and matrix form of the data. Building on FPCA, we propose highly robust FPCA (HRFPCA), a robust extension that replaces maximum likelihood estimators with the matrix minimum covariance determinant (MMCD) estimators. This modification enables HRFPCA to retain FPCA's ability to model matrix-valued data while achieving a breakdown point close to 50\%, substantially improving resistance to outliers. Furthermore, HRFPCA produces the score--orthogonal distance analysis (SODA) plot, which effectively visualizes and classifies matrix-valued outliers. Extensive simulations and real-data analyses demonstrate that HRFPCA consistently outperforms competing methods in robustness and outlier detection, underscoring its effectiveness and broad applicability.


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在统计中,主成分分析(PCA)是一种通过最大化每个维度的方差来将较高维度空间中的数据投影到较低维度空间中的方法。给定二维,三维或更高维空间中的点集合,可以将“最佳拟合”线定义为最小化从点到线的平均平方距离的线。可以从垂直于第一条直线的方向类似地选择下一条最佳拟合线。重复此过程会产生一个正交的基础,其中数据的不同单个维度是不相关的。 这些基向量称为主成分。
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