Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24437
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일
(연관된 글이 1개 있습니다.)
(시리즈 글이 7개 있습니다.)
Math: 15. 그래프 그리기로 알아보는 뉴턴-랩슨(Newton-Raphson's method)법과 제곱근 구하기 - C#
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10911

Math: 53. C# - 행렬식을 이용한 최소 자승법(LSM: Least Square Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11918

Math: 54. C# - 최소 자승법의 1차 함수에 대한 매개변수를 단순 for 문으로 구하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11919

Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11921

Math: 56. C# - 그래프 그리기로 알아보는 경사 하강법의 최소/최댓값 구하기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11923

Math: 57. C# - 해석학적 방법을 이용한 최소 자승법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11924

Math: 58. C# - 최소 자승법의 1차, 2차 수렴 그래프 변화 확인
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11936




C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method)

지난 글에서,

C# - 행렬식을 이용한 최소 자승법(LSM: Least Square Method)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11918

최소 자승법(최소 제곱법)을 이용해 1차 함수로 근사하는 것을 봤는데요, 이를 2차, 3차,...로 확장하는 것은 다음과 같이 매우 쉽습니다.

다항식(Polynomial): aXn 형식의 항들의 합으로 구성된 식
a: 계수(Coefficient)
X: 변수(Variable)
n: 지수(Exponent)

θ0 + θ1x1 + θ2x12 = y1
θ0 + θ1x2 + θ2x22 = y2
...
θ0 + θ1xn + θ2xn2 = yn



θ0 + θ1x1 + θ2x12 + θ3x13 = y1
θ0 + θ1x2 + θ2x22 + θ3x13 = y2
...
θ0 + θ1xn + θ2xn2 + θ3x13 = yn



따라서 행렬을 사용하는 경우 그냥 늘어나는 방정식의 계수만큼 행을 추가해 의사역행렬을 구한 후 연산하면 매개변수를 구할 수 있습니다.

private static double[] GetPolynomial(double[] xData, double[] yData, int numberOfEfficient)
{
    Matrix<double> matA = CreateMatrix.DenseOfColumnMajor(xData.Count(), 1, xData);
    Vector<double> add1 = Vector<double>.Build.DenseOfArray(Enumerable.Repeat(1.0, xData.Count()).ToArray());
    matA = matA.InsertColumn(1, add1);

    for (int i = 1; i < numberOfEfficient; i++)
    {
        double[] newColumnData = xData.Select((elem) => Math.Pow(elem, i + 1)).ToArray();
        Vector<double> addX = Vector<double>.Build.DenseOfArray(newColumnData);
        matA = matA.InsertColumn(0, addX);
    }

    Console.WriteLine(matA);
    Matrix<double> matB = CreateMatrix.DenseOfColumnMajor(yData.Count(), 1, yData);

    Matrix<double> pinvMatA = matA.PseudoInverse();
    Console.WriteLine(pinvMatA);

    Matrix<double> matX = pinvMatA * matB;
    return matX.AsColumnMajorArray();
}

[파란색 - 1차 함수, 빨간색 - 2차 함수, 노란색 3차 함수]
lsm_polynomial_1.png

일반적으로 차수가 올라갈수록 (과적합의 문제가 발생할 수 있지만) 오류는 더 적어집니다. 확인을 위해 간단하게 다음과 같이 작성해 보면,

private static void ReportError(double[] xData, double[] yData, Func<double, double> func)
{
    double error = 0.0;

    for (int i = 0; i < xData.Length; i ++)
    {
        double diff = yData[i] - func(xData[i]);
        error += (diff * diff);
    }

    Console.WriteLine("Error: " + error);
}
/*
1차: Error: 19086.9489618992
2차: Error: 6555.72459287144
3차: Error: 5038.32058563331
*/

1차에 비해 2차에서 두드러지게 오류가 낮아지는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 이런 경우 효율을 고려한다면 2차 함수를 사용하는 것이 좋은 선택일 수 있습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




지난 글에서 행렬 라이브러리를 직접 사용하지 않고 1차 근사식에 대한 매개 변수를 구하는 방법을 알아봤는데요,

C# - 최소 자승법의 1차 함수에 대한 매개변수를 단순 for 문으로 구하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11919

말 그대로 연립 방정식이므로 가우스 소거법을 이용해 매개 변수를 구하는 것도 가능합니다. 코드가 눈에 잘 안 들어오지만 어차피 복붙으로 써야 하는 것이라 큰 문제는 안 될 것입니다. ^^

Linear Equation Solver - Gaussian Elimination (C#)
; https://www.codeproject.com/Tips/388179/Linear-Equation-Solver-Gaussian-Elimination-Csharp

Gaussian elimination
; https://rosettacode.org/wiki/Gaussian_elimination#C.23

Solve a system of equations with Gaussian elimination in C#
; http://csharphelper.com/blog/2014/10/solve-a-system-of-equations-with-gaussian-elimination-in-c/

[C#/WINFORM] 다항식 최소 제곱법(Polynomial Least Squares Method) 사용하기
; https://icodebroker.tistory.com/5580




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[연관 글]






[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 9/2/2021]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




... 106  [107]  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
11250정성태7/13/201720801디버깅 기술: 87. windbg 분석 - webengine4.dll의 MgdExplicitFlush에서 발생한 System.AccessViolationException의 crash 문제 [1]
11249정성태7/12/201718630오류 유형: 410. LoadLibrary("[...].dll") failed - The specified procedure could not be found.
11248정성태7/12/201725101오류 유형: 409. pip install pefile - 'cp949' codec can't decode byte 0xe2 in position 208687: illegal multibyte sequence
11247정성태7/12/201719478오류 유형: 408. SqlConnection 객체 생성 시 무한 대기 문제파일 다운로드1
11246정성태7/11/201718193VS.NET IDE: 118. Visual Studio - 다중 폴더에 포함된 파일들에 대한 "Copy to Output Directory"를 한 번에 설정하는 방법
11245정성태7/10/201723788개발 환경 구성: 321. Visual Studio Emulator for Android 소개 [2]
11244정성태7/10/201723362오류 유형: 407. Visual Studio에서 ASP.NET Core 실행할 때 dotnet.exe 프로세스의 -532462766 오류 발생 [1]
11243정성태7/10/201720062.NET Framework: 666. dotnet.exe - 윈도우 운영체제에서의 .NET Core 버전 찾기 규칙
11242정성태7/8/201720301제니퍼 .NET: 27. 제니퍼 닷넷 적용 사례 (7) - 노후된 스토리지 장비로 인한 웹 서비스 Hang (멈춤) 현상
11241정성태7/8/201719038오류 유형: 406. Xamarin 빌드 에러 XA5209, APT0000
11240정성태7/7/201721974.NET Framework: 665. ClickOnce를 웹 브라우저를 이용하지 않고 쿼리 문자열을 전달하면서 실행하는 방법 [3]파일 다운로드1
11239정성태7/6/201723495.NET Framework: 664. Protocol Handler - 웹 브라우저에서 데스크톱 응용 프로그램을 실행하는 방법 [5]파일 다운로드1
11238정성태7/6/201720993오류 유형: 405. NT 서비스 시작 시 "Error 1067: The process terminated unexpectedly." 오류 발생 [2]
11237정성태7/5/201722629.NET Framework: 663. C# - PDB 파일 경로를 PE 파일로부터 얻는 방법파일 다운로드1
11236정성태7/4/201725925.NET Framework: 662. C# - VHD/VHDX 가상 디스크를 마운트하지 않고 파일을 복사하는 방법파일 다운로드1
11235정성태6/29/201720093Math: 20. Matlab/Octave로 Gram-Schmidt 정규 직교 집합 구하는 방법
11234정성태6/29/201717408오류 유형: 404. SharePoint 2013 설치 과정에서 "The username is invalid The account must be a valid domain account" 오류 발생
11233정성태6/28/201717295오류 유형: 403. SharePoint Server 2013을 Windows Server 2016에 설치할 때 .NET 4.5 설치 오류 발생
11232정성태6/28/201718256Windows: 144. Windows Server 2016에 Windows Identity Extensions을 설치하는 방법
11231정성태6/28/201718901디버깅 기술: 86. windbg의 mscordacwks DLL 로드 문제 - 세 번째 이야기 [1]
11230정성태6/28/201718061제니퍼 .NET: 26. 제니퍼 닷넷 적용 사례 (6) - 잦은 Recycle 문제
11229정성태6/27/201719308오류 유형: 402. Windows Server Backup 관리 콘솔이 없어진 경우
11228정성태6/26/201716767개발 환경 구성: 320. Visual Basic .NET 프로젝트에서 내장 Manifest 자원을 EXE 파일로부터 제거하는 방법파일 다운로드1
11227정성태6/19/201724574개발 환경 구성: 319. windbg에서 python 스크립트 실행하는 방법 - pykd [6]
11226정성태6/19/201716365오류 유형: 401. Microsoft Edge를 실행했는데 입력 반응이 없는 경우
11225정성태6/19/201715733오류 유형: 400. Outlook - The required file ExSec32.dll cannot be found in your path. Install Microsoft Outlook again.
... 106  [107]  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  118  119  120  ...