主成分分析(PCA)とは何か
中心化と標準化、共分散行列、主成分得点と負荷量、説明分散、金融での利用と限界を解説します。
Mark編集 · 一次情報は記事末尾に掲載
要点
主成分分析(PCA)は、相関する多数の変数を、標本分散をできるだけ保つ少数の直交軸へ変換する次元削減法です。第1主成分は最大の分散を捉え、後続成分は先行軸と直交しながら残る分散を順に最大化します。リスク要約や予測変数の作成に使えますが、経済因子を自動発見する方法ではありません。単位、標本期間、共分散推定、成分数で結果が変わるため、得点・負荷量・説明分散と標本外安定性を一緒に確認します。
データの基準を先に整えます
各変数の標本平均を引く中心化が出発点です。行わないと平均水準が変動方向のように結果を支配します。
価格水準かリターンかなど、意味のある変換を先に選びます。非定常な共通トレンドは有用なリスクと誤認され得ます。
欠損、外れ値、頻度、推定期間も共分散を変えます。計算後の命名より計算前のデータ設計が重要です。
共分散と相関は問いが異なります
共分散行列は元の単位を残すため、ボラティリティの高い変数が主要軸へ強く影響します。
相関行列は各変数を分散1へ標準化します。単位差は抑えますが、重要な変動規模も消す可能性があります。
どちらを使うかは目的次第です。同単位の金利変化と異種指標の集合に同じ選択が最適とは限りません。
主成分は分散を順に最大化します
第1主成分は、投影後の標本分散が最大になる単位方向です。
後続成分は、先に選んだすべての成分との直交条件の下で残る分散を最大化します。
直交性は標本内の得点を無相関にしますが、基礎的な経済ショックの独立性を証明しません。
負荷量と得点は役割が違います
負荷量は元変数を主成分へ組み合わせる重みで、各変数が軸と同方向か逆方向かを示します。
得点は各観測を軸へ投影した座標です。負荷量が方向なら、得点は時間とともに動く位置です。
固有ベクトルは符号を反転しても同じ軸です。符号だけの変化を経済関係の反転と解釈できません。
説明分散だけでは選べません
成分の固有値はその標本分散で、全固有値の合計で割ると説明分散比率になります。
スクリープロットと累積比率は成分数選択の出発点ですが、80%などの固定基準が常に最適ではありません。
小さな分散方向にも予測情報やヘッジ制約があり得ます。大きな説明分散はリターン予測力を保証しません。
成分数は標本外で決めます
成分が少なすぎると構造を失い、多すぎると持続的な共通変動と一緒に標本ノイズも残します。
再構成誤差、目的別交差検証、固有値の間隔、ブートストラップ安定性を用途に応じて比べます。
ローリング標本で再推定します。全期間の軸を過去の予測へ使うと将来情報が混入します。
金融では共同変動を要約します
イールドカーブ変化は水準・傾き・曲率に似た軸へ、株式は市場全体や業種方向へ圧縮できます。
ポートフォリオでは、保有銘柄数が多くても先頭軸へリスクが集中していないかを点検できます。
統計軸を成長や流動性と呼ぶには、外部変数、経済的論理、別標本による検証が必要です。
再現できる選択を報告します
変数、変換、通貨、単位、中心化、標準化、欠損・外れ値処理、推定期間を開示します。
行列、固有値、説明分散、負荷量、得点計算法と成分数基準を示せば結果を再構築できます。
標本外性能とローリング安定性も示します。PCAは選んだデータから推定した座標系であり、固定された現実ではありません。
よくある質問
PCAと因子分析は同じですか?
いいえ。PCAは全分散を再表現し、共通因子モデルは共通分散と固有分散を分けます。
変数は必ず標準化しますか?
いいえ。単位差は抑えますが、経済的に重要なボラティリティ規模も同時に除きます。
負荷量の符号反転は構造変化ですか?
必ずしも違います。固有ベクトルとその負ベクトルは同じ軸なので、期間比較前に符号を揃えます。
説明分散が高ければ良い売買信号ですか?
いいえ。同時変動の大きさであり、予測力は別の標本外検証が必要です。
出典
この考え方を自分のオプションに当てはめる
契約と目標を選ぶと、価格・時間・ボラティリティの前提を一つの分析で確認できます
自分のオプションを分析する(英語)