Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24291
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
 




1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  [12]  13  14  15  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
13641정성태6/11/20248675Linux: 71. Ubuntu 20.04를 22.04로 업데이트
13640정성태6/10/20248844Phone: 21. C# MAUI - Android 환경에서의 파일 다운로드(DownloadManager)
13639정성태6/8/20248457오류 유형: 906. C# MAUI - Android Emulator에서 "Waiting For Debugger"로 무한 대기
13638정성태6/8/20248538오류 유형: 905. C# MAUI - 추가한 layout XML 파일이 Resource.Layout 멤버로 나오지 않는 문제
13637정성태6/6/20248460Phone: 20. C# MAUI - 유튜브 동영상을 MediaElement로 재생하는 방법
13636정성태5/30/20248097닷넷: 2264. C# - 형식 인자로 인터페이스를 갖는 제네릭 타입으로의 형변환파일 다운로드1
13635정성태5/29/20248967Phone: 19. C# MAUI - 안드로이드 "Share" 대상으로 등록하는 방법
13634정성태5/24/20249437Phone: 18. C# MAUI - 안드로이드 플랫폼에서의 Activity 제어 [1]
13633정성태5/22/20248967스크립트: 64. 파이썬 - ASGI를 만족하는 최소한의 구현 코드
13632정성태5/20/20248579Phone: 17. C# MAUI - Android 내에 Web 서비스 호스팅
13631정성태5/19/20249340Phone: 16. C# MAUI - /Download 등의 공용 디렉터리에 접근하는 방법 [1]
13630정성태5/19/20248886닷넷: 2263. C# - Thread가 Task보다 더 빠르다는 어떤 예제(?)
13629정성태5/18/20249176개발 환경 구성: 710. Android - adb.exe를 이용한 파일 전송
13628정성태5/17/20248553개발 환경 구성: 709. Windows - WHPX(Windows Hypervisor Platform)를 이용한 Android Emulator 가속
13627정성태5/17/20248621오류 유형: 904. 파이썬 - UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode character '...' in position ...: ordinal not in range(128)
13626정성태5/15/20248889Phone: 15. C# MAUI - MediaElement Source 경로 지정 방법파일 다운로드1
13625정성태5/14/20248942닷넷: 2262. C# - Exception Filter 조건(when)을 갖는 catch 절의 IL 구조
13624정성태5/12/20248732Phone: 14. C# - MAUI에서 MediaElement 사용파일 다운로드1
13623정성태5/11/20248430닷넷: 2261. C# - 구글 OAuth의 JWT (JSON Web Tokens) 해석파일 다운로드1
13622정성태5/10/20249229닷넷: 2260. C# - Google 로그인 연동 (ASP.NET 예제)파일 다운로드1
13621정성태5/10/20248644오류 유형: 903. IISExpress - Failed to register URL "..." for site "..." application "/". Error description: Cannot create a file when that file already exists. (0x800700b7)
13620정성태5/9/20248567VS.NET IDE: 190. Visual Studio가 node.exe를 경유해 Edge.exe를 띄우는 경우
13619정성태5/7/20248874닷넷: 2259. C# - decimal 저장소의 비트 구조파일 다운로드1
13618정성태5/6/20248665닷넷: 2258. C# - double (배정도 실수) 저장소의 비트 구조파일 다운로드1
13617정성태5/5/20249484닷넷: 2257. C# - float (단정도 실수) 저장소의 비트 구조파일 다운로드1
13616정성태5/3/20248645닷넷: 2256. ASP.NET Core 웹 사이트의 HTTP/HTTPS + Dual mode Socket (IPv4/IPv6) 지원 방법파일 다운로드1
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  [12]  13  14  15  ...