最小二乘法原理及其应用


大纲

     1.提出背景

     2.最小二乘法定义

     3.为什么是平方而不是绝对值?

     4.应用

 

1、提出背景

        在分析数据的时候常用到插值,如线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值等,但是其

存在缺陷是:

     1.所表达的多项式次数一般为n次

     2.数据存在误差时会偏离实际的曲线

2、最小二乘法定义

       样本数据xi在y轴上的点yi与拟合曲线zi=f(xi)之间的差的平方和。

       设所求的多项式为

       假设存在n+1个样本即(),i=0,1,…n

       

       则由最小二乘法的定义可知:使得所有样本差的平方和最小时时多项式的系数

       即

       

       分别对a0,a1,…,ak求偏导,即

   

        即存在存在n+1元一次线性方程组。

        即如果拟合曲线是线性多项式,则相当于求解二元一次方程组。

         如果拟合曲线是非线性多项式,如二次,则求解三元一次方程组。

         以此类推,求解n次多项式,则相当于求解n+1阶线性方程组。

 

3、为什么是平方和?

       假设如果取绝对值的话,曲线存在尖点就不能求导(偏导)。最小二乘法的本质就是求解线性方程组。

 

4、应用

这是一篇硕士论文中运用拟合(最小二乘法的案例,详情见参考文献),由于硬件原因,测量距离和实际距离存在偏差,通过

二次多项式拟合方式的补差误差。前面谈到,二次的话需要求解三元一次方程组。

         

             

 

参考文献

[1] 蔡锁章,杨明等. 数值计算方法[M]:2 版. 北京:国防工业出版社,2016.2.

[2] 徐国平. 智能感控视力保护仪的设计[D]. 湖北省武汉市:华中师范大学物理科学与技术学院,,2013.(p66)

时间:2021-06-13/15:41:56


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