Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24423
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
 




... 151  152  [153]  154  155  156  157  158  159  160  161  162  163  164  165  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
1227정성태2/3/201229278.NET Framework: 299. 해당 어셈블리가 Debug 빌드인지, Release 빌드인지 알아내는 방법파일 다운로드1
1226정성태1/28/201270219.NET Framework: 298. 홀 펀칭(Hole Punching)을 이용한 Private IP 간 통신 - C# [15]파일 다운로드3
1225정성태1/24/201225880.NET Framework: 297. 특정 EXE 파일의 실행을 Internet Explorer처럼 "Protected Mode"로 실행하는 방법 [1]파일 다운로드1
1224정성태1/21/201237373개발 환경 구성: 139. 아마존 EC2에 새로 추가된 "1년 무료 Windows 서버 인스턴스"가 있다는데, 직접 만들어 볼까요? ^^ [11]
1223정성태1/20/201227342.NET Framework: 296. 괜찮은 문자열 해시함수? - 두 번째 이야기 [1]파일 다운로드1
1222정성태1/18/201235056.NET Framework: 295. 괜찮은 문자열 해시 함수? [4]파일 다운로드1
1221정성태1/17/201224083오류 유형: 147. System.Runtime.InteropServices.COMException (0x80005000)
1220정성태1/15/201224259.NET Framework: 294. Master web.config 파일을 수정하려면?파일 다운로드1
1219정성태1/15/201226614.NET Framework: 293. Microsoft PowerPoint 슬라이드를 HTML 파일로 ".files" 폴더 없이 저장하는 방법 (C# 코드)파일 다운로드1
1218정성태1/15/201239177.NET Framework: 292. RSACryptoServiceProvider의 공개키와 개인키 구분 [1]파일 다운로드2
1217정성태1/14/201241271.NET Framework: 291. .NET에서 WAV, MP3 파일 재생하는 방법 [1]파일 다운로드1
1216정성태1/14/201229969오류 유형: 146. Microsoft Visual C++ 재배포 패키지 - 설치 로그 남기는 방법 [1]
1215정성태1/9/201227522제니퍼 .NET: 20. 제니퍼 닷넷 적용 사례 (3) - '닷넷'이 문제일까? '닷넷 개발자'가 문제일까? [6]
1214정성태1/3/201224344제니퍼 .NET: 19. 제니퍼 닷넷 설치/제거 방법 - IIS
1213정성태12/31/201124315.NET Framework: 290. WCF - 접속된 클라이언트의 IP 주소 알아내는 방법 - 두 번째 이야기
1212정성태12/31/201124402오류 유형: 145. The trust relationship between this workstation and the primary domain failed.
1211정성태12/31/201129189.NET Framework: 289. WindowsFormsHost를 사용하는 XBAP 응용 프로그램파일 다운로드1
1210정성태12/30/201148161.NET Framework: 288. FFmpeg.exe를 이용한 C# 동영상 인코더 예제 [9]파일 다운로드1
1209정성태12/29/201122818개발 환경 구성: 138. BizTalk 2006 설치 방법
1208정성태12/28/201145825.NET Framework: 287. Excel Sheet를 WinForm에서 사용하는 방법 [8]파일 다운로드2
1207정성태12/26/201125071.NET Framework: 286. x86/x64로 구분된 코드를 포함하는 경우, 다중으로 어셈블리를 만들어야 할까요?파일 다운로드1
1206정성태12/25/201126091.NET Framework: 285. Shader 강좌와 함께 배워보는 XNA Framework (3) - 텍스처 매핑 예제파일 다운로드1
1205정성태12/25/201131710.NET Framework: 284. Thread 개체의 Interrupt와 Abort의 차이점파일 다운로드1
1204정성태12/22/201125227.NET Framework: 283. MEF를 ASP.NET에 성능 손실 없이 적용하려면? [7]
1203정성태12/21/201125579제니퍼 .NET: 18. MEF가 적용된 ASP.NET 웹 사이트를 제니퍼 닷넷으로 모니터링 해본 결과! [6]
1202정성태12/21/201126053오류 유형: 144. The database '...' cannot be opened because it is version 661.
... 151  152  [153]  154  155  156  157  158  159  160  161  162  163  164  165  ...