Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24425
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
 




... 136  137  138  139  140  141  142  143  144  [145]  146  147  148  149  150  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
1429정성태3/29/201323404개발 환경 구성: 188. SCOM 2012 - ASP.NET 모니터링 방법
1428정성태3/29/201324273개발 환경 구성: 187. SCOM 2012 환경 구성 - Management Packs
1427정성태3/29/201321323오류 유형: 171. SCOM 2012 - 원격 에이전트 설치 오류
1426정성태3/29/201324200개발 환경 구성: 186. SCOM 2012 환경 구성 - 관리 대상 추가
1424정성태3/21/201326066개발 환경 구성: 185. System Center 2012 Operations Manager 설치
1423정성태3/18/201321009오류 유형: 170. The specified domain either does not exist or could not be contacted.
1422정성태3/14/201323160오류 유형: 169. Windows 8/2012에 .NET 3.5가 설치되지 않는 경우
1421정성태3/13/201340470.NET Framework: 364. WCF RIA 서비스 + Silverlight 사용 예제
1420정성태3/12/201325162오류 유형: 168. ORA-12514: TNS:listener does not currently know of service requested in connect descriptor
1419정성태3/12/201321644Windows: 70. 관리 도구에서 "Windows Server Backup" 항목이 없는 경우
1418정성태2/28/201331603오류 유형: 167. Internet Explorer 10 설치 후 Flash 객체의 메서드/속성 접근 오류가 발생한다면?
1417정성태2/25/201327655.NET Framework: 363. ASP.NET AJAX PageMethods - ASPX.cs의 static 메서드를 AJAX로 호출파일 다운로드1
1416정성태2/22/201330248개발 환경 구성: 184. Xamarin 2.0 - Visual Studio에서 Android 앱을 폰으로 직접 배포하는 방법
1415정성태2/21/201337674개발 환경 구성: 183. Xamarin 2.0 - 윈도우 환경의 Visual Studio에서 C#으로 iOS/Android 응용 프로그램 개발 [4]파일 다운로드1
1414정성태2/21/201332815개발 환경 구성: 182. JMeter로 XML 웹 서비스 호출에 대한 부하 테스트 방법파일 다운로드2
1413정성태2/19/201332132VC++: 66. Chromium 컴파일하는 방법 - 두 번째 이야기 [3]
1412정성태2/6/201334007VC++: 65. Python 소스코드를 Visual C++로 빌드하는 방법 [3]
1411정성태1/31/201349318개발 환경 구성: 181. 무료 데이터베이스 서버 성능 비교(SQL Server Express, IBM DB2 Express, MySQL, Sybase, PostgreSQL, Oracle XE) [9]
1410정성태1/31/201331135.NET Framework: 362. C# - 닷넷 응용 프로그램에서 Sybase DB 사용 [1]파일 다운로드1
1409정성태1/30/201335095.NET Framework: 361. C# - 공유기 관리 웹 페이지 인증 [4]파일 다운로드1
1408정성태1/29/201329883.NET Framework: 360. C# - 닷넷 응용 프로그램에서 DB2 Express-C 데이터베이스 사용 (2) [1]파일 다운로드1
1407정성태1/29/201328301.NET Framework: 359. C# - 닷넷 응용 프로그램에서 DB2 Express-C 데이터베이스 사용 (1)
1406정성태1/22/201322758개발 환경 구성: 180. Windows Server 2012 RC 버전을 RTM으로 업그레이드하는 방법
1405정성태1/16/201344319.NET Framework: 358. C# - 닷넷 응용 프로그램에서 MySQL(MySqlConnector) 사용 [7]파일 다운로드1
1404정성태1/15/201329154개발 환경 구성: 179. Hyper-V VM 복사는 robocopy로. [2]
1403정성태1/14/201331979.NET Framework: 357. .NET 4.5의 2GB 힙 한계 극복
... 136  137  138  139  140  141  142  143  144  [145]  146  147  148  149  150  ...