Principal component analysis (PCA) is a foundational tool in modern data analysis, and a crucial step in PCA is selecting the number of components to keep. However, classical selection methods (e.g., scree plots, parallel analysis, etc.) lack statistical guarantees in the increasingly common setting of large-dimensional data with heterogeneous noise, i.e., where each entry may have a different noise variance. Moreover, it turns out that these methods, which are highly effective for homogeneous noise, can fail dramatically for data with heterogeneous noise. This paper proposes a new method called signflip parallel analysis (FlipPA) for the setting of approximately symmetric noise: it compares the data singular values to those of "empirical null" matrices generated by flipping the sign of each entry randomly with probability one-half. We develop a rigorous theory for FlipPA, showing that it has nonasymptotic type I error control and that it consistently selects the correct rank for signals rising above the noise floor in the large-dimensional limit (even when the noise is heterogeneous). We also rigorously explain why classical permutation-based parallel analysis degrades under heterogeneous noise. Finally, we illustrate that FlipPA compares favorably to state-of-the art methods via numerical simulations and an illustration on data coming from astronomy.


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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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