ML 101
M05 · L03
الوحدة الخامسة

تقليل الأبعاد

ألف ميزة تبدو غنية. لكن في الأبعاد العالية، تكون البيانات شحيحة دائمًا — تفقد المسافات معناها وتتعثر النماذج. تعلّم كيف تضغط الضوضاء وتحتفظ بالإشارة.

01 / 13
ML 101
M05 · L03
المشكلة

لعنة الأبعاد

مع نمو الأبعاد، ينفجر الحجم. تتفرق النقاط بعيدًا لدرجة أن البحث عن الجار الأقرب والتجميع يتعطلان. تقترب نسبة أقرب مسافة إلى أبعدها من 1 — كل نقطة تبدو قريبة بالقدر ذاته.

المشكلة
بيانات شحيحة
الحل
تقليل الأبعاد
02 / 13
ML 101
M05 · L03
الطريقة الخطية

PCA: أقصى تباين

يجد PCA اتجاهات أكبر تباين في البيانات — المحاور التي تنتشر فيها النقاط أكثر. اسقط على أعلى k من هذه المحاور وستحتفظ بأكثر المعلومات في k بُعد.

  • كل اتجاه هو مكوّن رئيسي
  • المكونات متعامدة — لا تكرار
  • تُحسب عبر المتجهات الذاتية لمصفوفة التغاير
03 / 13
ML 101
M05 · L03
الصياغة الرياضية

الإسقاط على أعلى المتجهات الذاتية

اضبط البيانات على الصفر، احسب مصفوفة التغاير، خذ أعلى k متجهات ذاتية. اسقط البيانات على تلك المتجهات. تخبرك القيم الذاتية بمقدار التباين الذي يلتقطه كل مكوّن.

إسقاط PCA
\mathbf{Z} = \mathbf{X}\mathbf{W}_k
04 / 13
ML 101
M05 · L03
اختيار K

نسبة التباين المُفسَّر

ارسم التباين التراكمي المُفسَّر مع إضافة المكونات. توقف عند الكوع — حيث تتوقف المكونات الإضافية عن المساهمة بشكل ملموس. في الغالب يحتاج 95% من التباين إلى مكونات أقل بكثير من الميزات.

قاعدة إرشادية
احتفظ بالمكونات حتى يبلغ التباين التراكمي ≥ 95%
05 / 13
ML 101
M05 · L03
حدود PCA

خطي فقط، بلا منحنيات

  • يفترض PCA فضاءً خطيًا — لا متشعبات ولا منحنيات
  • لا يستطيع فصل التجمعات على سطح منحنٍ
  • حساس للمقياس: طبّع الميزات دائمًا أولًا
  • الحل: استخدم طرقًا غير خطية للبنى المعقدة
06 / 13
ML 101
M05 · L03
غير خطي

t-SNE: تضمين الجوار

يحوّل t-SNE المسافات عالية الأبعاد إلى احتمالات، ثم يجد تخطيطًا ثنائي الأبعاد يطابق تلك الاحتمالات. تبقى النقاط المتشابهة قريبة؛ المتباعدة تُدفع بعيدًا. يكشف بنية التجمعات الخفية على PCA.

المعامل الأساسي
Perplexity
الناتج
2D / 3D
07 / 13
ML 101
M05 · L03
دالة الكلفة

تقليل تباعد KL

يُصغّر t-SNE تباعد KL بين التوزيع P عالي الأبعاد والتوزيع Q منخفض الأبعاد. يُستخدم نواة Student-t في Q (ذيول ثقيلة) لمنع الازدحام في التضمين.

تكلفة t-SNE
C = \mathrm{KL}(P \| Q) = \sum_{i \neq j} p_{ij} \log \dfrac{p_{ij}}{q_{ij}}
08 / 13
ML 101
M05 · L03
قواعد t-SNE

للتصور فقط، ليس للمعالجة

  • للمحاور لا معنى مطلق — شكل التجمع فقط ما يهم
  • المسافات بين التجمعات غير محفوظة
  • لا يمكن تضمين نقاط جديدة بعد التدريب
  • بطيء: O(n² log n) — حدّ عند ~100,000 نقطة
  • استخدم PCA إلى 50 بُعدًا أولًا، ثم t-SNE
09 / 13
ML 101
M05 · L03
المعيار الحديث

UMAP: أسرع وأكثر أمانة

  • مبني على هندسة ريمانية والطوبولوجيا الجبرية
  • يحفظ البنية المحلية والعالمية معًا
  • زمن شبه خطي — يتدرج إلى ملايين النقاط
  • يستطيع تضمين نقاط جديدة بعد التدريب
  • المعاملات الأساسية: n_neighbors (محلي/عالمي) وmin_dist
10 / 13
ML 101
M05 · L03
أيهم تختار؟

PCA أم t-SNE أم UMAP؟

  • PCA — المعالجة المسبقة، البنية الخطية، دائمًا أولًا
  • t-SNE — بيانات صغيرة/متوسطة، تصور تجمعات محكمة
  • UMAP — بيانات ضخمة، بنية عالمية، تضمين نقاط جديدة
  • سير العمل: PCA ← 50 بُعدًا ← UMAP/t-SNE ← مخطط 2D
11 / 13
ML 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا شيء يُسجَّل أو يُحفَظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

12 / 13
ML 101
ملخص
مراجعة

ما تعلّمته

PCA خطي وهو دائمًا خطوتك الأولى. يكشف t-SNE بنية التجمعات المحلية للتصور. UMAP أسرع، يحفظ البنية العالمية، ويتدرج أكثر. الوحدة الخامسة مكتملة.

الوحدة الخامسة مكتملة
التعلم غير الخاضع للإشراف ✓
13 / 13