Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 26207
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
 




... 121  122  123  124  125  126  127  128  [129]  130  131  132  133  134  135  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
1866정성태2/20/201519887오류 유형: 270. "aspnet_regiis -i" 실행 시 0x00000006 오류 해결 방법
1865정성태2/20/201521158.NET Framework: 499. 특정 닷넷 프레임워크 버전 이후부터 제공되는 타입을 사용해야 한다면?
1864정성태2/18/201526101.NET Framework: 498. C#으로 간단하게 만들어 본 ASCII Art 프로그램 [2]파일 다운로드1
1862정성태2/18/201530199.NET Framework: 497. .NET Garbage Collection에 대한 정리 [6]
1861정성태2/18/201525346.NET Framework: 496. 마우스 커서가 놓인 지점의 문자열 얻는 방법 [1]파일 다운로드1
1860정성태2/18/201525300.NET Framework: 495. CorElementType의 요소 값 설명파일 다운로드1
1859정성태2/17/201525748Windows: 106. 컴퓨터를 재부팅하면 절전(Power Saver) 전원 모드로 돌아가는 경우
1858정성태2/16/201535623Windows: 105. 자동으로 로그아웃/잠김 화면 상태로 전환된다면? [2]
1857정성태2/16/201523761.NET Framework: 494. 값(struct) 형식의 제네릭(Generic) 타입이 박싱되는 경우의 메타데이터 토큰 값파일 다운로드1
1856정성태2/15/201522572.NET Framework: 493. TypeRef 메타테이블에 등록되는 타입의 조건파일 다운로드1
1855정성태2/10/201521998개발 환경 구성: 256. WebDAV Redirector - Sysinternals 폴더 연결 시 "The network path was not found" 오류 해결 방법
1854정성태2/10/201522923Windows: 104. 폴더는 삭제할 수 없지만, 그 하위 폴더/파일은 생성/삭제/변경하는 보안 설정
1853정성태2/6/201553423웹: 29. 여신금융협회 웹 사이트의 "Netscape 6.0은 지원하지 않습니다." 오류 메시지 [5]
1852정성태2/5/201523931.NET Framework: 492. .NET CLR Memory 성능 카운터의 의미파일 다운로드1
1851정성태2/5/201524613VC++: 88. 하룻밤의 꿈 - 인텔 하스웰의 TSX Instruction 지원 [2]
1850정성태2/4/201545521Windows: 103. 작업 관리자에서의 "Commit size"가 가리키는 메모리의 의미 [4]
1849정성태2/4/201525054기타: 51. DropBox의 CPU 100% 현상 [1]파일 다운로드1
1848정성태2/4/201520679.NET Framework: 491. 닷넷 Generic 타입의 메타 데이터 토큰 값 알아내는 방법 [2]
1847정성태2/3/201524047기타: 50. C# - 윈도우에서 dropbox 동기화 폴더 경로 및 종료하는 방법
1846정성태2/2/201533203Windows: 102. 제어판의 프로그램 추가/삭제 항목을 수동으로 실행하고 싶다면? [1]
1845정성태1/26/201534330Windows: 101. 제어판의 "Windows 자격 증명 관리(Manage your credentials)"를 금지시키는 방법
1844정성태1/26/201531923오류 유형: 269. USB 메모리의 용량이 비정상적으로 보여진다면? [7]
1843정성태1/24/201523093VC++: 87. 무시할 수 없는 Visual C++ 런타임 함수 성능
1842정성태1/23/201546163개발 환경 구성: 255. 노트북 키보드에 없는 BREAK 키를 다른 키로 대체하는 방법
1841정성태1/21/201520557오류 유형: 268. Win32 핸들 관련 CLR4 보안 오류 사례
1840정성태1/8/201528920오류 유형: 267. Visual Studio - CodeLens 사용 시 CPU 100% 현상
... 121  122  123  124  125  126  127  128  [129]  130  131  132  133  134  135  ...