Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 26277
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)
1034정성태5/2/201127539.NET Framework: 211. 파일 잠금 없이 .NET 어셈블리의 버전을 구하는 방법 [2]파일 다운로드1
1033정성태5/1/201133340웹: 19. IIS Express - appcmd.exe를 이용한 applicationHost.config 변경 [2]
1032정성태5/1/201130030웹: 18. IIS Express를 NT 서비스로 변경
1031정성태4/30/201130996웹: 17. IIS Express - "IIS Installed Versions Manager Interface"의 IIISExpressProcessUtility 구하는 방법 [1]파일 다운로드1
1030정성태4/30/201153415개발 환경 구성: 118. IIS Express - localhost 이외의 호스트 이름으로 접근하는 방법 [4]파일 다운로드1
1029정성태4/28/201142350개발 환경 구성: 117. XCopy에서 파일/디렉터리 확인 질문 없애기 [2]
1028정성태4/27/201139773오류 유형: 119. Visual Studio 2010 SP1 설치 후 Windows Phone 개발자 도구로 인한 재설치 문제 [3]
1027정성태4/25/201128922디버깅 기술: 40. 상황별 GetFunctionPointer 반환값 정리 - x86파일 다운로드1
1026정성태4/25/201147554디버깅 기술: 39. DebugDiag 1.1을 사용한 덤프 분석 [7]
1025정성태4/24/201129390개발 환경 구성: 116. IIS 7 관리자 - Active Directory Certification Authority로부터 SSL 사이트 인증서 받는 방법 [2]
1024정성태4/22/201130725오류 유형: 118. Windows 2008 서버에서 Event Viewer / PowerShell 실행 시 비정상 종료되는 문제 [1]
1023정성태4/20/201131616.NET Framework: 210. Windbg 환경에서 확인해 본 .NET 메서드 JIT 컴파일 전과 후 [1]
1022정성태4/19/201126858디버깅 기술: 38. .NET Disassembly 창에서의 F11(Step-into) 키 동작파일 다운로드1
1021정성태4/18/201129312디버깅 기술: 37. .NET 4.0 응용 프로그램의 Main 함수에 BreakPoint 걸기
1020정성태4/18/201130039오류 유형: 117. Failed to find runtime DLL (mscorwks.dll), 0x80004005
1019정성태4/17/201130921디버깅 기술: 36. Visual Studio의 .NET Disassembly 창의 call 호출에 사용되는 주소의 의미는? [1]파일 다운로드1
1018정성태4/16/201134724오류 유형: 116. 윈도우 업데이트 오류 - 0x8020000E
1017정성태4/14/201129189개발 환경 구성: 115. MSBuild - x86/x64, .NET 2/4, debug/release 빌드에 대한 배치 처리파일 다운로드1
1016정성태4/13/201145345개발 환경 구성: 114. Windows Thin PC 설치 [2]
1015정성태4/9/201130629.NET Framework: 209. AutoReset, ManualReset, Monitor.Wait의 차이파일 다운로드1
1014정성태4/7/2011108140오류 유형: 115. ORA-12516: TNS:listener could not find available handler with matching protocol stack [2]
1013정성태4/7/201125907Team Foundation Server: 45. SharePoint 2010 + TFS 2010 환경에서 ProcessGuidance.html 파일 다운로드 문제
1012정성태4/6/201134656.NET Framework: 208. WCF - 접속된 클라이언트의 IP 주소 알아내는 방법 [1]
1011정성태3/31/201136997오류 유형: 114. 인증서 갱신 오류 - The request contains no certificate template information.
1010정성태3/30/201127796개발 환경 구성: 113. 응용 프로그램 디자인 스케치 도구 - SketchFlow [4]
1009정성태3/29/201140132개발 환경 구성: 112. Visual Studio 2010 - .NET Framework 소스 코드 디버깅 [4]
... 151  152  153  154  155  156  157  158  159  160  161  [162]  163  164  165  ...