Principal Component Analysis (PCA) is one of the most used tools for extracting low-dimensional representations of data, in particular for time series. Performances are known to strongly depend on the quality (amount of noise) and the quantity of data. We here investigate the impact of heterogeneities, often present in real data, on the reconstruction of low-dimensional trajectories and of their associated modes. We focus in particular on the effects of sample-to-sample fluctuations and of component-dependent temporal convolution and noise in the measurements. We derive analytical predictions for the error on the reconstructed trajectory and the confusion between the modes using the replica method in a high-dimensional setting, in which the number and the dimension of the data are comparable. We find in particular that sample-to-sample variability, is deleterious for the reconstruction of the signal trajectory, but beneficial for the inference of the modes, and that the fluctuations in the temporal convolution kernels prevent perfect recovery of the latent modes even for very weak measurement noise. Our predictions are corroborated by simulations with synthetic data for a variety of control parameters.


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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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