Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24460
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)
1074정성태6/20/201125024.NET Framework: 225. 닷넷 네트워크 라이브러리의 트레이스 기능파일 다운로드1
1073정성태6/20/201127265오류 유형: 127. Visual Studio에서 WCF 서비스의 이름 변경 시 발생할 수 있는 오류
1072정성태6/19/201126732.NET Framework: 224. EF 4.1 Code First에서 Identity 칼럼 생성하는 방법파일 다운로드1
1071정성태6/19/201130243.NET Framework: 223. Entity Framework 4.1의 Code First를 이용한 SQL Azure 데이터베이스 생성 [3]파일 다운로드1
1070정성태6/19/201127772.NET Framework: 222. Windows Azure - VM Role 베타 프로그램 참여 [2]
1069정성태6/18/201127874.NET Framework: 221. Cache 영향을 받지 않는 DNS 이름 풀이 [2]파일 다운로드1
1068정성태6/16/201125487개발 환경 구성: 127. Portable Library - 닷넷 N-Screen용 공통 라이브러리 제작 [1]
1067정성태6/15/201125074오류 유형: 126. Windows failed to apply the Group Policy Folder Options settings. [1]
1066정성태6/14/201128070개발 환경 구성: 126. MSDN 구독자 - Windows Azure 무료 서비스 신청하는 방법 [4]
1065정성태6/13/201132851개발 환경 구성: 125. Firebird - 유니코드 기본 문자셋 지정
1064정성태6/11/201127542웹: 22. Visual Studio 2010에서 CSS 3 인텔리센스(intellisense) 지원하는 방법 [1]
1063정성태6/10/201129131웹: 21. Sysnet 웹 사이트의 CSS 2.1 변환 기록 [1]
1062정성태6/9/201129327웹: 20. Sysnet 웹 사이트의 HTML5 변환 기록 [1]
1061정성태6/8/201127534오류 유형: 125. 인터넷 익스플로러 - 개발자 도구에서 정지점(BP: Breakpoint) 설정이 안 되는 경우 [1]
1060정성태6/8/201124078VC++: 51. PHP 모듈의 F5 디버깅
1059정성태6/6/201129213VC++: 50. PHP 모듈 - php_mysql 빌드하는 방법파일 다운로드1
1058정성태6/5/201132828개발 환경 구성: 124. .NET 개발자가 처음 해보는 PHP + MySQL 연동 [2]
1057정성태6/4/201130214VC++: 49. 소스 코드로부터 php5apache2_2.dll 생성하는 방법파일 다운로드1
1056정성태6/2/201128395VC++: 48. 윈도우에서 Apache Module - Content Handler 컴파일파일 다운로드1
1055정성태6/1/201125629오류 유형: 124. MVC 프로젝트의 Site.Master 관련 오류 정리
1054정성태5/31/201129861.NET Framework: 220. ASP.NET MVC Web Site 프로젝트 - 단위 테스트 작성파일 다운로드1
1053정성태5/31/201132381VC++: 47. Apache Module에 대한 'F5 디버그 (Start with debugging)' [2]
1052정성태5/30/201130039.NET Framework: 219. ASP.NET MVC Web Site 프로젝트 구성하기파일 다운로드1
1051정성태5/28/201138508VC++: 46. 윈도우에서 Apache Module 컴파일 (VC++)파일 다운로드1
1050정성태5/28/201124701오류 유형: 123. Firebird - Exception of type 'FirebirdSql.Data.Common.IscException' was thrown.
1049정성태5/28/201130375.NET Framework: 218. WCF REST 서비스 - 웹 브라우저 측 Ajax 호출 캐시 [1]
... 151  152  153  154  155  156  157  158  [159]  160  161  162  163  164  165  ...