曲线拟合-最小二乘法

2023-05-16

线性最小二乘法及matlab例程

线性最小二乘法

曲线拟合:已知平面上一组横坐标互不相同的点,寻求一个函数,使其与所有数据点最为接近。
拟合函数:
f ( x ) = a 1 r 1 ( x ) + a 2 r 2 ( x ) + ⋅ ⋅ ⋅ + a m r m ( x ) f(x)=a_{1}r_{1}(x)+a_{2}r_{2}(x)+\cdot\cdot\cdot+a_{m}r_{m}(x) f(x)=a1r1(x)+a2r2(x)++amrm(x)
a k a_{k} ak为待定系数,
r k ( x ) r_{k}(x) rk(x)为实现选定的一组线性无关函数,比如:当你观察已知数据点的分布大致为一条直线,就可以选 r k ( x ) = a 1 ( x ) + a 2 r_{k}(x)=a_{1}(x)+a_{2} rk(x)=a1(x)+a2这种形式。

拟合准则:使得 δ i 2 = ∑ i = 1 n [ f ( x i − y i ) ] 2 δ^2_{i}=\sum_{i=1}^{n} [f(x_{i}-y_{i})]^2 δi2=i=1n[f(xiyi)]2最小。

系数 a k a_{k} ak和函数 r k ( x ) r_{k}(x) rk(x)的确定:参考链接

matlab实现

1.解方程组的方法

x=[19     25    31     38    44]';
y=[19.0   32.3   49.0   73.3   97.8]';
r=[ones(5,1),x.^2];
ab=r\y
x0=19:0.1:44;
y0=ab(1)+ab(2)*x0.^2;
plot(x,y,'o',x0,y0,'r')

在这里插入图片描述

2.多项式拟合法
使用函数 p o l y f i t ( x 0 , y 0 , m ) polyfit(x_{0},y_{0},m) polyfit(x0,y0,m),前面是已知数据点,m是拟合多项式的次数,返回值是拟合多项式的系数向量。
可以用 p o l y v a l ( a , x ) polyval(a,x) polyval(a,x)计算多项式在 x x x处的值。


做已知数据的散点图:
%已知某企业1990-1998年的生产利润如下:要预测19971998年的利润
x0=[1990  1991  1992  1993  1994  1995  1996];
y0=[70   122   144   152   174   196   202];
plot(x0,y0,'*')

在这里插入图片描述
从图片止咳看出,数据呈线性排列,所以选择拟合函数为一次多项式。

x0=[1990  1991  1992  1993  1994  1995  1996];
y0=[70   122   144   152   174   196   202];
a=polyfit(x0,y0,1)
y97=polyval(a,1997)
y98=polyval(a,1998)

得到:

>> ex5_6_2

a =

   1.0e+04 *

    0.0021   -4.0705


y97 =

  233.4286


y98 =

  253.9286

即拟合多项式 y = a 1 x + a 2 y=a_{1}x+a_{2} y=a1x+a2的系数 a 1 = 21 , a 2 = − 4070.5 a_{1}=21,a_{2}=-4070.5 a1=21a2=4070.5,1998he 1997年预测利润如上。

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