數據處理算法


1.數據擬合

用途:反應數據變化規律,解釋數據;根據數據做出預測、判斷,給決策者提供重要的依據

需要解決的問題:

1、選擇什么類型的函數Φ()作為擬合函數(也即數學模型)

2、對於選定的擬合函數,如何確定擬合函數中的參數

常見的擬合函數:線性函數、多項式函數、指數函數、三角函數

模型介紹:

1、線性擬合(線性模型)

函數:y=a+bx

差異(殘差):|a+bx-y| 

總誤差:

 

為操作方便,常常求a, b使得函數達到最小。

為求得函數的極小值,令,得

求解該二元線性方程組便可得待定系數a,b。

2、二次函數擬合(二次多項式模型)

函數:y=a0+a1x+a2x2

 求a0,a1,a2使得達到最小值。

得到

3、n次多項式擬合

同二次多項式。

 

2.參數估計

參數估計的常見方法:圖解法,統計法,機理分析法

1、圖解法

精度不高,僅限於對參數做出粗略估計

2、統計法

參數估計的統計處理,往往采用最小二乘法

3、機理分析法

原理:利用經典的數學工具分析現象的因果關系

常見的經典數學工具:人口模型(增長速率先上升后下降);相變(物理概念,用於模型上某些指標的突變);博弈論(囚徒困境);微分方程(人口模型及其特例);網絡傳播(擴散現象)

(1)人口模型:

馬爾薩斯提出人口指數增長模型,基本假設為:人口(相對)增長率r是常數。x(t)為時刻t時的人口,Δt為時間的增加量,

則有:

一個國家的人口不可能無限增長,種種因素會對人口增長產生阻滯作用,且阻滯作用隨人口數量增加而變大,因此增長率r是人口數量x的減函數。記,xm為最大人口容量,可得阻滯增長模型,

,解得

x(t)的圖形如下:

(2)相變:

 

沒有查到相關信息,希望了解的同學補充~

 

(3)博弈論:

定義:一些個人,對組或其他組織,面對一定的環境條件,在一定的規則下,同時或者先后,一次或者多次,從各自允許選擇的行為或者策略中進行選擇並加以實施,各自取得相應結果的過程。

分類:

        <1>根據參與人的多少:兩人博弈,多人博弈

        <2>根據參與人是否合作:合作博弈,非合作博弈

               合作博弈:強調團隊理性

               非合作博弈:強調個人理性,個人最優決策。其結果可能是有效率的也可能是無效率的。

        <3>根據博弈結果的不同:零和博弈,常和博弈,變和博弈

        <4>根據行動的先后次序:靜態博弈,動態博弈

              靜態博弈指在博弈中,參與人同時選擇行動,或雖然非同時但是后行動者並不知道前行動者采取了什么具體行動。

              動態博弈指的是參與人的行動有先后順序,且后行動者能夠觀察到先行動者所選擇的動作的博弈。

        <5>根據參與人對其他參與人的各種特征信息的獲得差異:完全信息博弈,不完全信息博弈

              完全信息博弈指的是每一個參與人對所有其他參與人的特征,如策略集合及得益函數都有准確完備的知識,否則就是不完全信息。

案例:

         <1>囚徒困境:

 

         <2>Boxed Pigs

         <3>Battle of the Sexes

 

           <4>Nash均衡(Hotelling問題)

兩家快餐店開在同一地點,平分所有客源

但是,三方競爭是不穩定的,Nash均衡不存在。

            <5>雙寡頭壟斷

------>聯合不如欺騙

          <6>穩定婚姻問題

   衍生問題:申請式學校錄取;用人單位和求職者的雙向選擇;

基本要素:

         <1>局中人:博弈中選擇行動以最大化自己效用的決策主體(可以是個人,也可以是團體)

         <2>得益:參與人在博弈結束后從博弈中獲得的效用,一般是所有參與人的策略或行動的函數

         <3>信息:參與人在博弈中知道的關於自己以及其他參與人的行動,策略機器得益函數等知識

         <4>策略:參與人選擇行動的規則,即在博弈進程中,什么情況下選擇什么行動的預先安排。

         <5>均衡:所有參與人的最優策略或行動的組合。

         <6>行動:參與人在博弈進程中輪到自己選擇時所作的某個具體決策。

 

(4)網絡傳播

貌似不是基礎模型,是架構在其他模型基礎之上的,暫且擱置。

 

3.插值

定義:通過離散數據去確定某一類已知函數的參數,或者尋求某個近似函數,使所得到的近似函數與已知數據有較高的擬合精度。注意:插值問題不一定要得到近似函數的表達形式,可以僅通過插值方法找到未知點對應的值。

分類:Lagrange插值,分段線性插值,Hermite,三次樣條插值

應用:Matlab


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