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1、第九节 曲线拟合的最小二乘法,最小二乘法,最小二乘解的求法,加权最小二乘法,主要内容,问题的提出,第一部分 引言,一、问题的提法,怎样从给定的一组数据出发,在某个函数类中寻找一个“最好”的函数来拟合这组数据,二、目 的,在科学实验和生产实践中,经常要从一组实验数据出发,寻找函数y=f(x)的一个近似公式(称为经验公式)。已有的多项式插值法解决这类问题有明显的缺陷:实验数据有误差;实验数据量大等,三、方 法,曲线拟合方法,第二部分 最小二乘法,一、基本概念:残差,二、残差的选取方法(原则,1、选取 ,使偏差绝对值之和最小,即,拟合的目的:使得残差最小,其中 为所要找的函数,3、选取 ,使偏差平方
2、之和最小,即,2、选取 ,使偏差最大绝对值最小,即,三、最小二乘原则(方法,1、定义:使“偏差平方和最小”的原则称为最小二乘原则,2、定义:按照最小二乘原则选取拟合曲线的方法,称为最小二乘法,3、线性最小二乘问题的提法,式中, 是函数类 中任一函数,满足上述关系式的函数 ,称为上述最小二乘问题的最小二乘解,如何求解最小二乘问题,1、确定函数类 原则:根据实际问题与所给数据点的变化规律,有两个基本环节,2、求解如下方程,第三部分 最小二乘解的求法,一、求解的基本原理:极小值原理,点 是多元函数 的极小值点,从而有 满足方程组,二、正则(法)方程组,如果定义:对任意函数 和 ,引入记号,三、定理(
3、最小二乘解的存在唯一性定理,对于给定的一组实验数据 ( 互异, ), 在函数类 ( 且 线性无关)中,存在唯一的函数 使得关系式(*)成立,并且其系数 可以通过解法方程组(*)得到,作为一种应用,拟合曲线假设为代数曲线,即取,则有,四、应用分析,于是正则(法)方程组为,五、应用举例,说明最小二乘法解决实际问题的具体步骤和某些技巧,例1(补充) 某种铝合金的含铝量为x(),其熔解温度为y(0C),由实验测得x与y的数据如下表左边的三列。试用最小二乘法建立x与y的经验公式,解:1、将数据进行描图观察; 2、确定拟合曲线的形式。这里根据所描图形分析,拟合曲线接近于一直线,故可用线性函数进行拟合这组数
4、据; 3、建立法方程组; 4、解法方程组; 5、检验拟合值与实测值之间的偏差(均方误差和最大误差,法方程组,对应的代数方程组,在以多项式作为拟合函数(曲线)时,最小二乘法的计算机实现步骤为右框图,六、程序化,1、实际问题的解决中测得的数据并不都是等精度、等地位的。显然,对于精度高、地位重的数据应该以足够的重视,在计算时,给以足够的、更大的权重,在这种情况下,求给定的数据的拟合曲线,就要用加权最小二乘法。 2、利用最小二乘法原则上解决了最小二乘法意义下的曲线拟合问题,但在实际问题的解决时,n往往很大,法方程组往往是病态的,因而给求解带来了一定的困难,为了解决这一问题,近年来,产生了一些新方法来克服这一困难,利用正交函数(正交多项式)作多项式的拟合,小结,曲线拟合的最小二乘法的基本原理、具体的操作技巧; 利用最小二乘法作
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