行列の逆平方根

行列の逆平方根

執筆済 数学線形代数
A−1/2=(A1/2)−1=QΛ−1/2Q⊤

固有値分解の対角成分を 1/λi に置き換えるだけ。 A は正定値(固有値がすべて正)である必要がある。

白色化#

これを掛けると、共分散が単位行列になる。

x∼𝒩(μ,Σ)⟹Σ−1/2(x−μ)∼𝒩(0,I)

歪んだ楕円分布を、真ん丸な標準正規に戻す操作。 これを白色化 (whitening) と呼ぶ。

なぜ嬉しいのか#

球状に戻すと、距離の意味が方向によらなくなる。

場面 白色化する理由
Mahalanobis 距離 (x−μ)⊤Σ−1(x−μ)=‖Σ−1/2(x−μ)‖
CMA-ES 進化パスの長さを分布の形に依らず測る
機械学習の前処理 特徴量のスケール差を消す

数値的な注意#

固有値が 0 に近いと 1/λ が発散する。 条件数が大きい行列では 小さい固有値に切り捨てを入れる(正則化)のが実務的な対処。

参考文献#

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