Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24431
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)
11050정성태9/24/201626610VC++: 101. 반올림하지 않고 double 변수 값 출력하는 방법 [3]
11049정성태9/24/201621056오류 유형: 357. 윈도우 백업 시 오류 - 0x81000037
11048정성태9/24/201622057VC++: 100. 전역 변수 유형별 실행 파일 크기 차이점
11047정성태9/21/201625891기타: 61. algospot.com - 양자화(Quantization) 문제 [2]파일 다운로드1
11046정성태9/15/201627528개발 환경 구성: 298. Windows 10 - bash 실행 시 시작 디렉터리 자동 변경
11045정성태9/15/201620170Windows: 119. Windows 10 - bash 명령어 창을 실행했는데 바로 닫히는 경우
11044정성태9/15/201620439VS.NET IDE: 112. Visual Studio 확장 - 편집 화면 내에서 링크를 누르면 외부 웹 브라우저에서 열기
11043정성태9/15/201621859.NET Framework: 606. .NET 스레드 콜 스택 덤프 (7) - ClrMD(Microsoft.Diagnostics.Runtime)를 이용한 방법 [1]파일 다운로드1
11042정성태9/14/201620003오류 유형: 356. Unknown custom metadata item kind: 6
11041정성태9/10/201619484.NET Framework: 605. CLR4 보안 - yield 구문 내에서 SecurityCritical 메서드 사용 불가 - 2번째 이야기
11040정성태9/10/201626766.NET Framework: 604. C# Windows Forms - Drag & Drop 예제 코드 [2]파일 다운로드1
11039정성태9/9/201623267오류 유형: 355. Visual Studio 빌드 오류 - error CS0122: '__ComObject' is inaccessible due to its protection level
11038정성태9/9/201625118VC++: 99. 서로 다른 프로세스에서 WM_DROPFILES 메시지를 전송하는 방법파일 다운로드1
11037정성태9/8/201628354.NET Framework: 603. socket - shutdown 호출이 필요한 사례파일 다운로드1
11036정성태8/29/201624800개발 환경 구성: 297. 소스 코드가 없는 닷넷 어셈블리를 디버깅할 때 지역 변숫값을 확인하는 방법
11035정성태8/29/201620470오류 유형: 354. .NET Reflector - PDB 생성 화면에서 "Clear Store"를 하면 "Index and length must refer to a location within the string" 예외 발생
11034정성태8/25/201624482개발 환경 구성: 296. .NET Core 프로젝트를 NuGet Gallery에 배포하는 방법 [2]
11033정성태8/24/201622374오류 유형: 353. coreclr 빌드 시 error C3249: illegal statement or sub-expression for 'constexpr' function
11032정성태8/23/201621585개발 환경 구성: 295. 최신의 Visual C++ 컴파일러 도구를 사용하는 방법 [1]
11031정성태8/23/201617820오류 유형: 352. Error encountered while pushing to the remote repository: Response status code does not indicate success: 403 (Forbidden).
11030정성태8/23/201620356VS.NET IDE: 111. Team Explorer - 추가한 Git Remote 저장소가 Branch에 보이지 않는 경우
11029정성태8/18/201627528.NET Framework: 602. Process.Start의 cmd.exe에서 stdin만 redirect 하는 방법 [1]파일 다운로드1
11028정성태8/15/201621543오류 유형: 351. Octave 설치 시 JRE 경로 문제
11027정성태8/15/201622641.NET Framework: 601. ElementHost 컨트롤의 메모리 누수 현상
11026정성태8/13/201623608Math: 19. 행렬 연산으로 본 해밍코드
11025정성태8/12/201622329개발 환경 구성: 294. .NET Core 프로젝트에서 "Copy to Output Directory" 처리 [1]
... 106  107  108  109  110  111  112  113  114  [115]  116  117  118  119  120  ...