Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 26125
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)
1162정성태10/30/201127412.NET Framework: 260. .NET 스레드 콜 스택 덤프 (2) - Managed Stack Explorer 소스 코드를 이용한 스택 덤프 구하는 방법파일 다운로드1
1161정성태10/29/201124132.NET Framework: 259. Type.GetMethod - System.Reflection.AmbiguousMatchException파일 다운로드1
1159정성태10/28/201127670.NET Framework: 258. Roslyn 맛보기 - SyntaxTree 조작 [2]
1158정성태10/24/201126814.NET Framework: 257. Roslyn 맛보기 - Roslyn Symbol / Binding API파일 다운로드1
1157정성태10/23/201131394.NET Framework: 256. Roslyn 맛보기 - Syntax Analysis (Roslyn Syntax API) [2]
1156정성태10/23/201129945.NET Framework: 255. Roslyn 맛보기 - Roslyn Services APIs를 이용한 Code Issue 및 Code Action 기능 소개 [1]
1155정성태10/22/201127901.NET Framework: 254. Roslyn 맛보기 - C# Interactive (2)
1154정성태10/22/201134643.NET Framework: 253. Roslyn 맛보기 - C# Interactive (1)
1153정성태10/21/201143614.NET Framework: 252. Roslyn 맛보기 - C# 소스 코드를 스크립트처럼 다루는 방법 [7]파일 다운로드1
1152정성태10/20/201125048.NET Framework: 251. string.GetHashCode는 hash 값을 cache 할까?
1151정성태10/18/201124088Java: 13. 자바도 64비트에서 (2GB) OutOfMemoryException 예외가 발생할까?
1150정성태10/18/201131464.NET Framework: 250. WPF - ComboBox의 SelectionChagned 이벤트파일 다운로드1
1149정성태10/16/201126998.NET Framework: 249. WPF - d:DesignHeight 값을 구할 수 있을까?
1148정성태10/14/201132828Java: 12. 자바에서 LINQ 사용? [7]
1147정성태10/13/201128969.NET Framework: 248. 닷넷에서 지원되는 문자열 인코딩 이름 목록
1146정성태10/12/201134729.NET Framework: 247. LINQ에서의 Max 기능 구현 [10]파일 다운로드1
1144정성태10/10/201130391.NET Framework: 246. WCF - 서버 측에서의 유효한 Timeout 설정파일 다운로드1
1143정성태10/9/201135746.NET Framework: 245. ASP.NET 서버 측 코드에서 페이스북 계정 연동하는 방법
1142정성태10/8/201136383.NET Framework: 244. 윈도우 폼을 열고 닫는 것만으로 메모리 leak이 발생할까? [2]파일 다운로드1
1141정성태10/7/201134957.NET Framework: 243. DataTable에 대해서 Dispose 메서드를 호출할 필요가 있을까? [4]파일 다운로드1
1140정성태10/6/201128228.NET Framework: 242. 닷넷 개발자 입장에서 이해해 보는 자바의 서블릿, JSP
1138정성태10/1/201147096Java: 11. 웹 로직에서 MS-SQL 서버 연결 [2]
1137정성태9/30/201131396Java: 10. 닷넷 개발자가 설치해 본 Oracle WebLogic Server - 설치 및 기본 도메인 구성
1136정성태9/29/201127037개발 환경 구성: 131. Visual Studio - ASP.NET의 Code-behind처럼 cs 파일을 그룹핑하는 매크로 함수 [2]파일 다운로드1
1135정성태9/29/201124318오류 유형: 138. TF10216: Team Foundation services are currently unavailable
1134정성태9/27/201131765.NET Framework: 241. C# 5.0에 새로 추가된 Caller Info 특성 [5]
... 151  152  153  154  155  156  [157]  158  159  160  161  162  163  164  165  ...