Non-Negative Matrix Factorization (NMF) is a widely used dimension reduction method that factorizes a non-negative data matrix into two lower dimensional non-negative matrices: One is the basis or feature matrix which consists of the variables and the other is the coefficients matrix which is the projections of data points to the new basis. The features can be interpreted as sub-structures of the data. The number of sub-structures in the feature matrix is also called the rank which is the only tuning parameter in NMF. An appropriate rank will extract the key latent features while minimizing the noise from the original data. In this paper, we develop a novel rank selection method based on hypothesis testing, using a deconvolved bootstrap distribution to assess the significance level accurately despite the large amount of optimization error. In the simulation section, we compare our method with a rank selection method based on hypothesis testing using bootstrap distribution without deconvolution, and with a cross-validated imputation method1. Through simulations, we demonstrate that our method is not only accurate at estimating the true ranks for NMF especially when the features are hard to distinguish but also efficient at computation. When applied to real microbiome data (e.g. OTU data and functional metagenomic data), our method also shows the ability to extract interpretable sub-communities in the data.


翻译:非临界矩阵系数(NMF)是一种广泛使用的减少维度的方法,它将非负数据矩阵纳入两个低维非负负基矩阵,将非负基数据矩阵纳入两个低维非负基矩阵:一个是由变量构成的基础或特征矩阵,另一个是系数矩阵,即数据点预测到新基点的系数矩阵。这些特征可以被解释为数据结构的子结构。功能矩阵中的子结构数量也称为NMF中唯一调准参数的等级。一个适当的等级将提取关键潜在特征,同时从原始数据中最大限度地减少噪音。在本文中,我们根据假设测试制定了一个新的等级选择方法:一个是基础或特征矩阵,由变量构成基础或特征矩阵,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成,由变量组成;在模拟部分中,我们将我们的方法与根据假设测试进行等级选择的方法进行比较。1 通过模拟,我们的方法不仅精确估计NMF的准确度,特别是当这些特征难以区分真实数据时,并且在精确地测量数据时,也符合实用方法。

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