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Tucker decomposition

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1400: 2478: 721: 1395:{\displaystyle {\begin{aligned}({\mathcal {T}}\times _{1}U^{(1)})(i_{1},j_{2},j_{3})&=\sum _{j_{1}=1}^{d_{1}}{\mathcal {T}}(j_{1},j_{2},j_{3})U^{(1)}(j_{1},i_{1})\\({\mathcal {T}}\times _{2}U^{(2)})(j_{1},i_{2},j_{3})&=\sum _{j_{2}=1}^{d_{2}}{\mathcal {T}}(j_{1},j_{2},j_{3})U^{(2)}(j_{2},i_{2})\\({\mathcal {T}}\times _{3}U^{(3)})(j_{1},j_{2},i_{3})&=\sum _{j_{3}=1}^{d_{3}}{\mathcal {T}}(j_{1},j_{2},j_{3})U^{(3)}(j_{3},i_{3})\end{aligned}}} 1760: 58:
The model parameters are estimated in such a way that, given fixed numbers of components, the modelled data optimally resemble the actual data in the least squares sense. The model gives a summary of the information in the data, in the same way as principal components analysis does for two-way data.
57:
In practice, Tucker decomposition is used as a modelling tool. For instance, it is used to model three-way (or higher way) data by means of relatively small numbers of components for each of the three or more modes, and the components are linked to each other by a three- (or higher-) way core array.
1411: 297: 605: 2255: 367: 2004: 1755:{\displaystyle T(i_{1},i_{2},i_{3})=\sum _{j_{1}=1}^{d_{1}}\sum _{j_{2}=1}^{d_{2}}\sum _{j_{3}=1}^{d_{3}}{\mathcal {T}}(j_{1},j_{2},j_{3})U^{(1)}(j_{1},i_{1})U^{(2)}(j_{2},i_{2})U^{(3)}(j_{3},i_{3})} 125: 726: 2135: 713: 492: 1903: 637: 421: 194: 189: 167: 1803: 2360: 2327: 2294: 2173: 2079: 2046: 670: 1863: 1843: 1823: 391: 145: 497: 2178: 302: 2519: 2371: 44: 2376: 1908: 64: 2084: 2441: 675: 2512: 426: 2538: 40: 2543: 1868: 618: 402: 2505: 172: 150: 1768: 32: 2493: 54:(parallel factor analysis) model. In PARAFAC the core tensor is restricted to be "diagonal". 2332: 2299: 2266: 2145: 2051: 2018: 642: 8: 1848: 1828: 1808: 376: 130: 292:{\displaystyle T={\mathcal {T}}\times _{1}U^{(1)}\times _{2}U^{(2)}\times _{3}U^{(3)}} 2418: 2396: 28: 2477: 373:, a 3rd-order tensor that contains the 1-mode, 2-mode and 3-mode singular values of 2410: 2436: 600:{\displaystyle F^{d_{1}\times n_{1}},F^{d_{2}\times n_{2}},F^{d_{3}\times n_{3}}} 36: 2489: 395: 2532: 2401: 43:
it may actually be generalized to higher mode analysis, which is also called
2399:(September 1966). "Some mathematical notes on three-mode factor analysis". 2422: 2006:, which can be effective when the difference in dimension sizes is large. 2439:(1927). "The expression of a tensor or a polyadic as a sum of products". 2485: 2460:
Nickel, Maximilian; Tresp, Volker; Kriegel, Hans-Peter (28 June 2011).
2414: 27:
into a set of matrices and one small core tensor. It is named after
2250:{\displaystyle T={\mathcal {T}}\times _{1}U^{(1)}\times _{2}U^{(2)}} 1405:
Altogether, the decomposition may also be written more directly as
362:{\displaystyle {\mathcal {T}}\in F^{d_{1}\times d_{2}\times d_{3}}} 2462:
A Three-Way Model for Collective Learning on Multi-Relational Data
51: 24: 2263:
decomposition can be seen as a special case of Tucker where
1865:
can be compressed or efficiently approximately by choosing
35:
in 1927. Initially described as a three-mode extension of
1999:{\displaystyle d_{1}=d_{2}=d_{3}=\min(n_{1},n_{2},n_{3})} 120:{\displaystyle T\in F^{n_{1}\times n_{2}\times n_{3}}} 2335: 2302: 2269: 2181: 2148: 2087: 2054: 2021: 2009:
There are two special cases of Tucker decomposition:
1911: 1871: 1851: 1831: 1811: 1771: 1414: 724: 678: 645: 621: 500: 429: 405: 379: 305: 197: 175: 153: 133: 67: 191:, Tucker Decomposition can be denoted as follows, 2459: 2354: 2321: 2288: 2249: 2167: 2130:{\displaystyle T={\mathcal {T}}\times _{1}U^{(1)}} 2129: 2073: 2040: 1998: 1897: 1857: 1837: 1817: 1797: 1754: 1394: 707: 664: 631: 599: 486: 415: 399:of the 1-mode, 2-mode and 3-mode slices of tensor 385: 361: 291: 183: 161: 139: 119: 2395: 2530: 1951: 2435: 2513: 708:{\displaystyle {\mathcal {T}}\times U^{(k)}} 2520: 2506: 2372:Higher-order singular value decomposition 177: 155: 45:higher-order singular value decomposition 2377:Multilinear principal component analysis 2464:. ICML. Vol. 11. pp. 809–816. 487:{\displaystyle U^{(1)},U^{(2)},U^{(3)}} 2531: 50:It may be regarded as a more flexible 2472: 13: 2442:Journal of Mathematics and Physics 2190: 2096: 1825:is always sufficient to represent 1570: 1296: 1176: 1075: 955: 854: 734: 681: 624: 408: 308: 206: 14: 2555: 2476: 2453: 2429: 2389: 2347: 2341: 2314: 2308: 2281: 2275: 2242: 2236: 2216: 2210: 2160: 2154: 2122: 2116: 2066: 2060: 2033: 2027: 1993: 1954: 1898:{\displaystyle d_{i}<n_{i}} 1749: 1723: 1718: 1712: 1704: 1678: 1673: 1667: 1659: 1633: 1628: 1622: 1614: 1575: 1457: 1418: 1385: 1359: 1354: 1348: 1340: 1301: 1249: 1210: 1207: 1202: 1196: 1171: 1164: 1138: 1133: 1127: 1119: 1080: 1028: 989: 986: 981: 975: 950: 943: 917: 912: 906: 898: 859: 807: 768: 765: 760: 754: 729: 700: 694: 657: 651: 632:{\displaystyle {\mathcal {T}}} 479: 473: 460: 454: 441: 435: 416:{\displaystyle {\mathcal {T}}} 284: 278: 258: 252: 232: 226: 1: 2382: 2492:. You can help Knowledge by 184:{\displaystyle \mathbb {C} } 162:{\displaystyle \mathbb {R} } 41:principal component analysis 7: 2365: 1798:{\displaystyle d_{i}=n_{i}} 393:, which are defined as the 10: 2560: 2471: 31:although it goes back to 494:are unitary matrices in 2355:{\displaystyle U^{(2)}} 2322:{\displaystyle U^{(1)}} 2289:{\displaystyle U^{(3)}} 2168:{\displaystyle U^{(3)}} 2074:{\displaystyle U^{(3)}} 2041:{\displaystyle U^{(2)}} 665:{\displaystyle U^{(k)}} 61:For a 3rd-order tensor 2488:-related article is a 2356: 2323: 2290: 2251: 2169: 2131: 2075: 2042: 2000: 1899: 1859: 1839: 1819: 1799: 1756: 1567: 1532: 1497: 1396: 1293: 1072: 851: 709: 666: 633: 601: 488: 417: 387: 363: 293: 185: 163: 141: 121: 2357: 2324: 2291: 2252: 2170: 2132: 2076: 2043: 2001: 1905:. A common choice is 1900: 1860: 1840: 1820: 1800: 1757: 1533: 1498: 1463: 1397: 1259: 1038: 817: 710: 667: 634: 602: 489: 418: 388: 364: 294: 186: 164: 142: 122: 2333: 2300: 2267: 2179: 2146: 2085: 2052: 2019: 1909: 1869: 1849: 1829: 1809: 1769: 1412: 722: 676: 643: 619: 498: 427: 403: 377: 303: 195: 173: 151: 131: 65: 21:Tucker decomposition 16:Tensor decomposition 2539:Dimension reduction 2081:are identity, then 1845:exactly, but often 2415:10.1007/BF02289464 2352: 2319: 2286: 2247: 2175:is identity, then 2165: 2127: 2071: 2038: 1996: 1895: 1855: 1835: 1815: 1795: 1752: 1392: 1390: 705: 662: 629: 607:respectively. The 597: 484: 413: 383: 359: 289: 181: 159: 137: 117: 2501: 2500: 2397:Ledyard R. Tucker 1858:{\displaystyle T} 1838:{\displaystyle T} 1818:{\displaystyle i} 715:with entries as 386:{\displaystyle T} 140:{\displaystyle F} 29:Ledyard R. Tucker 2551: 2544:Statistics stubs 2522: 2515: 2508: 2480: 2473: 2466: 2465: 2457: 2451: 2450: 2433: 2427: 2426: 2393: 2361: 2359: 2358: 2353: 2351: 2350: 2328: 2326: 2325: 2320: 2318: 2317: 2296:is identity and 2295: 2293: 2292: 2287: 2285: 2284: 2256: 2254: 2253: 2248: 2246: 2245: 2230: 2229: 2220: 2219: 2204: 2203: 2194: 2193: 2174: 2172: 2171: 2166: 2164: 2163: 2136: 2134: 2133: 2128: 2126: 2125: 2110: 2109: 2100: 2099: 2080: 2078: 2077: 2072: 2070: 2069: 2047: 2045: 2044: 2039: 2037: 2036: 2005: 2003: 2002: 1997: 1992: 1991: 1979: 1978: 1966: 1965: 1947: 1946: 1934: 1933: 1921: 1920: 1904: 1902: 1901: 1896: 1894: 1893: 1881: 1880: 1864: 1862: 1861: 1856: 1844: 1842: 1841: 1836: 1824: 1822: 1821: 1816: 1804: 1802: 1801: 1796: 1794: 1793: 1781: 1780: 1761: 1759: 1758: 1753: 1748: 1747: 1735: 1734: 1722: 1721: 1703: 1702: 1690: 1689: 1677: 1676: 1658: 1657: 1645: 1644: 1632: 1631: 1613: 1612: 1600: 1599: 1587: 1586: 1574: 1573: 1566: 1565: 1564: 1554: 1547: 1546: 1531: 1530: 1529: 1519: 1512: 1511: 1496: 1495: 1494: 1484: 1477: 1476: 1456: 1455: 1443: 1442: 1430: 1429: 1401: 1399: 1398: 1393: 1391: 1384: 1383: 1371: 1370: 1358: 1357: 1339: 1338: 1326: 1325: 1313: 1312: 1300: 1299: 1292: 1291: 1290: 1280: 1273: 1272: 1248: 1247: 1235: 1234: 1222: 1221: 1206: 1205: 1190: 1189: 1180: 1179: 1163: 1162: 1150: 1149: 1137: 1136: 1118: 1117: 1105: 1104: 1092: 1091: 1079: 1078: 1071: 1070: 1069: 1059: 1052: 1051: 1027: 1026: 1014: 1013: 1001: 1000: 985: 984: 969: 968: 959: 958: 942: 941: 929: 928: 916: 915: 897: 896: 884: 883: 871: 870: 858: 857: 850: 849: 848: 838: 831: 830: 806: 805: 793: 792: 780: 779: 764: 763: 748: 747: 738: 737: 714: 712: 711: 706: 704: 703: 685: 684: 671: 669: 668: 663: 661: 660: 638: 636: 635: 630: 628: 627: 606: 604: 603: 598: 596: 595: 594: 593: 581: 580: 563: 562: 561: 560: 548: 547: 530: 529: 528: 527: 515: 514: 493: 491: 490: 485: 483: 482: 464: 463: 445: 444: 422: 420: 419: 414: 412: 411: 392: 390: 389: 384: 368: 366: 365: 360: 358: 357: 356: 355: 343: 342: 330: 329: 312: 311: 298: 296: 295: 290: 288: 287: 272: 271: 262: 261: 246: 245: 236: 235: 220: 219: 210: 209: 190: 188: 187: 182: 180: 168: 166: 165: 160: 158: 146: 144: 143: 138: 126: 124: 123: 118: 116: 115: 114: 113: 101: 100: 88: 87: 19:In mathematics, 2559: 2558: 2554: 2553: 2552: 2550: 2549: 2548: 2529: 2528: 2527: 2526: 2470: 2469: 2458: 2454: 2437:F. L. Hitchcock 2434: 2430: 2394: 2390: 2385: 2368: 2340: 2336: 2334: 2331: 2330: 2307: 2303: 2301: 2298: 2297: 2274: 2270: 2268: 2265: 2264: 2235: 2231: 2225: 2221: 2209: 2205: 2199: 2195: 2189: 2188: 2180: 2177: 2176: 2153: 2149: 2147: 2144: 2143: 2115: 2111: 2105: 2101: 2095: 2094: 2086: 2083: 2082: 2059: 2055: 2053: 2050: 2049: 2026: 2022: 2020: 2017: 2016: 1987: 1983: 1974: 1970: 1961: 1957: 1942: 1938: 1929: 1925: 1916: 1912: 1910: 1907: 1906: 1889: 1885: 1876: 1872: 1870: 1867: 1866: 1850: 1847: 1846: 1830: 1827: 1826: 1810: 1807: 1806: 1789: 1785: 1776: 1772: 1770: 1767: 1766: 1743: 1739: 1730: 1726: 1711: 1707: 1698: 1694: 1685: 1681: 1666: 1662: 1653: 1649: 1640: 1636: 1621: 1617: 1608: 1604: 1595: 1591: 1582: 1578: 1569: 1568: 1560: 1556: 1555: 1542: 1538: 1537: 1525: 1521: 1520: 1507: 1503: 1502: 1490: 1486: 1485: 1472: 1468: 1467: 1451: 1447: 1438: 1434: 1425: 1421: 1413: 1410: 1409: 1389: 1388: 1379: 1375: 1366: 1362: 1347: 1343: 1334: 1330: 1321: 1317: 1308: 1304: 1295: 1294: 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Index

tensor
Ledyard R. Tucker
Hitchcock
factor analysis
principal component analysis
higher-order singular value decomposition
PARAFAC
Frobenius norm
Higher-order singular value decomposition
Multilinear principal component analysis
Ledyard R. Tucker
Psychometrika
doi
10.1007/BF02289464
PMID
5221127
F. L. Hitchcock
Journal of Mathematics and Physics
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