Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24489
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)
945정성태11/11/201025113VC++: 44. C++/CLI 컴파일 오류 - error C4368: mixed types are not supported
944정성태11/11/201031672VC++: 43. C++/CLI 컴파일 오류 - error C2872: 'IServiceProvider' : ambiguous symbol could be ...
943정성태11/8/201030778디버깅 기술: 30. windbg ".loadby sos" 명령어 [2]
942정성태11/7/201042387.NET Framework: 187. 실행 시에 메서드 가로채기 - CLR Injection: Runtime Method Replacer 개선 [7]파일 다운로드3
941정성태11/6/201025271.NET Framework: 186. windbg로 확인하는 .NET CLR LCG 메서드(DynamicMethod) [1]파일 다운로드1
940정성태11/6/201026173.NET Framework: 185. windbg로 확인하는 .NET CLR 메서드파일 다운로드1
939정성태10/24/201033089Windows: 51. RDP로 접속한 Windows Server 2008 R2 환경에서 Aero Glass 활성화 [1]
938정성태10/23/201024834디버깅 기술: 29. Windbg - Hyper-V 윈도우 7 원격 디버깅 구성 [1]
937정성태10/22/201030974DDK: 5. NT Legacy 드라이버: 프로세스(EXE) 생성/제거 모니터링 [3]파일 다운로드1
936정성태10/21/201030012DDK: 4. Device Driver 응용 프로그램의 빌드 스크립트 - 두 번째 이야기 [2]파일 다운로드1
935정성태10/17/201030631디버깅 기술: 28. Windbg - 윈도우 핸들 테이블 [3]
934정성태10/11/201033661디버깅 기술: 27. Windbg - Local Kernel Debug 모드 [2]
933정성태10/10/201025820.NET Framework: 184. 닷넷에서 호출 스택의 메서드에 대한 인자 값 확인이 가능할까? [2]파일 다운로드1
932정성태10/10/201029052DDK: 3. NT Legacy 드라이버를 이용하여 C#에서 Port 입출력파일 다운로드1
931정성태9/30/201023633오류 유형: 108. Net.Tcp Listener Adapter 서비스 시작 실패
930정성태9/30/201022934웹: 16. 윈도우 미디어 플레이어 - 일시 정지/시작을 스크립트에서 감지
929정성태9/17/201024153웹: 15. IE 9 - 작업 표시줄의 웹 사이트 바로가기 사용자 정의 - JumpLists [3]파일 다운로드1
928정성태9/16/201028329VC++: 42. 쓰기 전용 파일(예: 로그 파일)의 동기화 방법파일 다운로드1
927정성태9/14/201038221VC++: 41. UTF-8 포맷의 INI 파일에 대한 GetPrivateProfile... API 사용 불가 [2]
926정성태9/9/201027468Team Foundation Server: 41. 빌드 스크립트에 Code Coverage 추가 [1]파일 다운로드1
925정성태9/8/201031382Team Foundation Server: 40. Visual Studio 2010 - Code Coverage 결과를 외부 XML 파일로 출력하는 명령행 도구 제작 [1]파일 다운로드1
924정성태9/6/201021611개발 환경 구성: 88. SCVMM이 설치된 도메인에 참여하지 않은 Hyper-V 호스트 추가
923정성태9/5/201027649오류 유형: 107. SCVMM Agent 설치 오류 - Failed to configure the WS-Management service.
922정성태9/4/201036310오류 유형: 106. Hyper-V 가상 머신의 네트워크 끊김 현상
921정성태9/2/201030302DDK: 2. Device Driver 응용 프로그램의 빌드 스크립트 [2]파일 다운로드1
920정성태9/1/201034823오류 유형: 105. WMI - The RPC server is unavailable [2]
... 151  152  153  154  155  156  157  158  159  160  161  162  163  [164]  165  ...