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1.简介

SVD 全称：Singular Value Decomposition。SVD 是一种提取信息的强大工具，它提供了一种非常便捷的矩阵分解方式，能够发现数据中十分有意思的潜在模式。

主要应用领域包括：

• 隐性语义分析 (Latent Semantic Analysis, LSA) 或隐性语义索引 (Latent Semantic Indexing, LSI)；
• 推荐系统 (Recommender system)，可以说是最有价值的应用点；
• 矩阵形式数据（主要是图像数据）的压缩。

2.线性变换

3. SVD 推导

.4 实现代码

以下是基于 python 的 numpy 库实现的 SVD 矩阵分解的代码，用于实现图像压缩的功能。

代码链接 : https://github.com/zlxy9892/ml_

# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as np
import numpy.linalg as la
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn import datasets
from skimage import io

def getImgAsMat(index):
    ds = datasets.fetch_olivetti_faces()
    return np.mat(ds.images[index])

def getImgAsMatFromFile(filename):
    img = io.imread(filename, as_grey=True)
    return np.mat(img) 

def plotImg(imgMat):
    plt.imshow(imgMat, cmap=plt.cm.gray)
    plt.show()

def recoverBySVD(imgMat, k):
    # singular value decomposition
    U, s, V = la.svd(imgMat)
    # choose top k important singular values (or eigens)
    Uk = U[:, 0:k]
    Sk = np.diag(s[0:k])
    Vk = V[0:k, :]
    # recover the image
    imgMat_new = Uk * Sk * Vk
    return imgMat_new


# -------------------- main --------------------- #
A = getImgAsMatFromFile('D:/pic.jpg')
plotImg(A)
A_new = recoverBySVD(A, 30)
plotImg(A_new)

这里用小黄人的大头照做个例子看看：

原图：

设置 k = 10，得到的压缩图：

k = 20：

k = 30：

继续增加 k 值，将会得到越来越接近原始图的压缩图。

5 参考资料

1. We Recommend a Singular Value Decomposition (AMS 上一篇非常经典的关于SVD几何意义的介绍)
2. 奇异值分解 (SVD) 的几何意义中文翻译