Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 25984
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)
11007정성태8/1/201624808오류 유형: 344. RDP ActiveX 컨트롤로 특정 PC에 연결할 수 없을 때, 오류 상황을 해결하기 위한 팁파일 다운로드1
11006정성태7/22/201628016개발 환경 구성: 288. SSL 인증서를 Azure Cloud Service에 적용하는 방법
11005정성태7/22/201626682개발 환경 구성: 287. Let's Encrypt 인증서 업데이트 주기: 90일
11004정성태7/22/201621445오류 유형: 343. Invalid service definition or service configuration. Please see the Error List for more details.
11003정성태7/20/201628829VS.NET IDE: 110. Visual Studio 2015에서 .NET Core 응용 프로그램 개발 [1]
11002정성태7/20/201622142개발 환경 구성: 286. Microsoft Azure 서비스의 구독은 반드시 IE로!
11001정성태7/19/201633204.NET Framework: 599. .NET Core/SDK 설치 및 기본 사용법 [6]
11000정성태7/16/201621928오류 유형: 342. Microsoft Visual Studio 2010 Tools for Office Runtime (x86 and x64) 설치 시 오류
10999정성태7/16/201622862오류 유형: 341. .NET Framework 4.5.2가 설치 안 되는 경우
10998정성태7/16/201622598.NET Framework: 598. C# - Excel 시트에 윈도우 폼 기능을 추가하는 방법 [1]파일 다운로드1
10997정성태7/16/201622783오류 유형: 340. HTTP Error 500.23 - Internal Server Error파일 다운로드1
10996정성태7/14/201628088Windows: 118. 유선 접속 상태에서 재부팅하면 무선 연결이 자동 연결 안되는 문제 [4]파일 다운로드1
10995정성태6/27/201621602VS.NET IDE: 109. Visual Studio 유료 버전 사용자의 주기적인 온라인 인증을 없애는 방법
10994정성태6/23/201620986개발 환경 구성: 285. 알고스팟(https://algospot.com)을 위한 Visual C++ 답안 작성 요령파일 다운로드1
10993정성태6/23/201622102.NET Framework: 597. 닷넷 메타데이터에 struct/class(값/참조 형식)의 구분이 있을까요?
10992정성태6/13/201618800오류 유형: 339. vbs 스크립트 실행 시 항상 실행 여부를 묻는 질문 창이 뜬다면?
10991정성태6/13/201623907오류 유형: 338. octave-gui 실행 시 "octave-gui.exe has stopped working" 오류
10990정성태6/13/201625390오류 유형: 337. missing type specifier - [type] assumed. Note: C++ does not support default-[type]
10989정성태6/7/201621862.NET Framework: 596. C# - WCF wsDualHttpBinding의 ClientBaseAddress 속성 - 두 번째 이야기
10988정성태6/3/201622953기타: 57. Outlook blocked access to the following potentially unsafe attachments
10987정성태6/2/201623993.NET Framework: 595. XLL 파일에 포함된 .NET 어셈블리를 추출하는 방법
10986정성태6/1/201624410.NET Framework: 594. C# - WCF wsDualHttpBinding의 ClientBaseAddress 속성
10985정성태6/1/201622910오류 유형: 336. An error occurred while ejecting 'DVD RW drive ...'
10984정성태5/31/201628604.NET Framework: 593. C# - wsDualHttpBinding WCF 예제 프로그램파일 다운로드1
10983정성태5/30/201622554VC++: 97. C++ 템플릿 remove_pointer, enable_if, is_pointer 사용 예제파일 다운로드1
10982정성태5/26/201620843오류 유형: 335. SQL Server Management Studio - The database ... is not accessible.
... 106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117  [118]  119  120  ...