Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24543
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)
11150정성태2/21/201719353.NET Framework: 645. Visual Studio Fakes 기능에서 Shim... 클래스가 생성되지 않는 경우 [5]
11149정성태2/21/201723057오류 유형: 378. A 64-bit test cannot run in a 32-bit process. Specify platform as X64 to force test run in X64 mode on X64 machine.
11148정성태2/20/201721975.NET Framework: 644. AppDomain에 대한 단위 테스트 시 알아야 할 사항
11147정성태2/19/201721207오류 유형: 377. Windows 10에서 Fake 어셈블리를 생성하는 경우 빌드 시 The type or namespace name '...' does not exist in the namespace 컴파일 오류 발생
11146정성태2/19/201719901오류 유형: 376. Error VSP1033: The file '...' does not contain a recognized executable image. [2]
11145정성태2/16/201721356.NET Framework: 643. 작업자 프로세스(w3wp.exe)가 재시작되는 시점을 알 수 있는 방법 - 두 번째 이야기 [4]파일 다운로드1
11144정성태2/6/201724763.NET Framework: 642. C# 개발자를 위한 Win32 DLL export 함수의 호출 규약 (부록 1) - CallingConvention.StdCall, CallingConvention.Cdecl에 상관없이 왜 호출이 잘 될까요?파일 다운로드1
11143정성태2/5/201722112.NET Framework: 641. [Out] 형식의 int * 인자를 가진 함수에 대한 P/Invoke 호출 방법파일 다운로드1
11142정성태2/5/201730136.NET Framework: 640. 닷넷 - 배열 크기의 한계 [2]파일 다운로드1
11141정성태1/31/201724423.NET Framework: 639. C# 개발자를 위한 Win32 DLL export 함수의 호출 규약 (4) - CLR JIT 컴파일러의 P/Invoke 호출 규약 [1]파일 다운로드1
11140정성태1/27/201720170.NET Framework: 638. RSAParameters와 RSA파일 다운로드1
11139정성태1/22/201722898.NET Framework: 637. C# 개발자를 위한 Win32 DLL export 함수의 호출 규약 (3) - x64 환경의 __fastcall과 Name mangling [1]파일 다운로드1
11138정성태1/20/201721195VS.NET IDE: 113. 프로젝트 생성 시부터 "Enable the Visual Studio hosting process" 옵션을 끄는 방법 - 두 번째 이야기 [3]
11137정성태1/20/201719858Windows: 135. AD에 참여한 컴퓨터로 RDP 연결 시 배경 화면을 못 바꾸는 정책
11136정성태1/20/201719064오류 유형: 375. Hyper-V 내에 구성한 Active Directory 환경의 시간 구성 방법 - 두 번째 이야기
11135정성태1/20/201720055Windows: 134. Windows Server 2016의 작업 표시줄에 있는 시계가 사라졌다면? [1]
11134정성태1/20/201727450.NET Framework: 636. System.Threading.Timer를 이용해 타이머 작업을 할 때 유의할 점 [5]파일 다운로드1
11133정성태1/20/201723593.NET Framework: 635. C# 개발자를 위한 Win32 DLL export 함수의 호출 규약 (2) - x86 환경의 __fastcall [1]파일 다운로드1
11132정성태1/19/201735111.NET Framework: 634. C# 개발자를 위한 Win32 DLL export 함수의 호출 규약 (1) - x86 환경에서의 __cdecl, __stdcall에 대한 Name mangling [1]파일 다운로드1
11131정성태1/13/201724001.NET Framework: 633. C# - IL 코드 분석을 위한 팁 [2]
11130정성태1/11/201724537.NET Framework: 632. x86 실행 환경에서 SECURITY_ATTRIBUTES 구조체를 CreateEvent에 전달할 때 예외 발생파일 다운로드1
11129정성태1/11/201728904.NET Framework: 631. async/await에 대한 "There Is No Thread" 글의 부가 설명 [9]파일 다운로드1
11128정성태1/9/201723297.NET Framework: 630. C# - Interlocked.CompareExchange 사용 예제 [3]파일 다운로드1
11127정성태1/8/201722915기타: 63. (개발자를 위한) Visual Studio의 "with MSDN" 라이선스 설명
11126정성태1/7/201727618기타: 62. Edge 웹 브라우저의 즐겨찾기(Favorites)를 편집/백업/복원하는 방법 [1]파일 다운로드1
11125정성태1/7/201724478개발 환경 구성: 310. IIS - appcmd.exe를 이용해 특정 페이지에 클라이언트 측 인증서를 제출하도록 설정하는 방법
... 106  107  108  109  110  [111]  112  113  114  115  116  117  118  119  120  ...