最小二乘法原理及其應用


大綱

     1.提出背景

     2.最小二乘法定義

     3.為什么是平方而不是絕對值?

     4.應用

 

1、提出背景

        在分析數據的時候常用到插值,如線性插值、拋物線插值、拉格朗日插值等,但是其

存在缺陷是:

     1.所表達的多項式次數一般為n次

     2.數據存在誤差時會偏離實際的曲線

2、最小二乘法定義

       樣本數據xi在y軸上的點yi與擬合曲線zi=f(xi)之間的差的平方和。

       設所求的多項式為

       假設存在n+1個樣本即(),i=0,1,…n

       

       則由最小二乘法的定義可知:使得所有樣本差的平方和最小時時多項式的系數

       即

       

       分別對a0,a1,…,ak求偏導,即

   

        即存在存在n+1元一次線性方程組。

        即如果擬合曲線是線性多項式,則相當於求解二元一次方程組。

         如果擬合曲線是非線性多項式,如二次,則求解三元一次方程組。

         以此類推,求解n次多項式,則相當於求解n+1階線性方程組。

 

3、為什么是平方和?

       假設如果取絕對值的話,曲線存在尖點就不能求導(偏導)。最小二乘法的本質就是求解線性方程組。

 

4、應用

這是一篇碩士論文中運用擬合(最小二乘法的案例,詳情見參考文獻),由於硬件原因,測量距離和實際距離存在偏差,通過

二次多項式擬合方式的補差誤差。前面談到,二次的話需要求解三元一次方程組。

         

             

 

參考文獻

[1] 蔡鎖章,楊明等. 數值計算方法[M]:2 版. 北京:國防工業出版社,2016.2.

[2] 徐國平. 智能感控視力保護儀的設計[D]. 湖北省武漢市:華中師范大學物理科學與技術學院,,2013.(p66)

時間:2021-06-13/15:41:56


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