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[提交于 2025年8月10日
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标题: 一种用于非负或混合输入的半非负矩阵分解的全局最优解析解
标题: A Globally Optimal Analytic Solution for Semi-Nonnegative Matrix Factorization with Nonnegative or Mixed Inputs
摘要: 半非负矩阵分解(半-NMF)通过允许基矩阵包含正负条目,扩展了经典的非负矩阵分解(NMF),使其适用于具有混合符号的数据分解。 然而,大多数现有的半-NMF算法是迭代的、非凸的,并且容易陷入局部最小值。 在本文中,我们提出了一种新方法,在弗罗贝尼乌斯范数下通过输入数据的散度矩阵得到的正交分解,获得半-NMF问题的全局最优解。 我们严格证明了我们的解达到了重构误差的全局最小值。 此外,我们证明当输入矩阵为非负时,我们的方法通常比标准NMF算法达到更低的重构误差,尽管不幸的是基矩阵可能不满足非负性。 特别是,在低秩情况下,如秩1或秩2,我们的解恰好退化为非负分解,恢复了NMF结构。 我们通过在合成数据和UCI Wine数据集上的实验验证了我们的方法,结果表明我们的方法在重构精度方面始终优于现有的NMF和半-NMF方法。 这些结果证实了我们提出的全局最优、非迭代公式在理论保证和经验优势方面提供了新的视角,对优化和数据分析中的矩阵分解有新的见解。
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