Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 24547
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
 




... 181  182  183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  [194]  195  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
92정성태1/29/200518257.NET Framework: 23. Unmanaged 환경에서 Managed DLL에 정의된 메서드 호출 시 오류 확인하는 방법
91정성태11/14/200518858VC++: 12. VS.NET 2005 VC++ Debug: Expression: ( (state != ST_INVALID ) )
90정성태1/27/200519656.NET Framework: 22. Debug: The underlying connection was closed: Unable to connect to the remote server.
89정성태1/26/200524178VC++: 11. Delay Loaded DLL
87정성태1/23/200517785VS.NET IDE: 18. VS.NET 2005 Beta 1 - VC++ 프로젝트에서 Connection Point 구현시 버그
88정성태1/23/200517494    답변글 VS.NET IDE: 18.1. VS.NET 2003 : VC++ 프로젝트에서 Connection Point 추가시에도 버그
86정성태1/23/200523213.NET Framework: 21. Code Snippet - Enum과 관련된 다양한 형변환 [1]
85정성태1/23/200521336스크립트: 4. Windows 2003에서 BHO(Browser Helper Objects) 동작 안하는 현상 [1]
83정성태1/18/200526473.NET Framework: 20. System.AccessViolationException 예외가 발생한 한 예.
82정성태1/3/200519943VS.NET IDE: 17. Windows 운영 - 특정 사용자 또는 그룹에 대해서 파일 공유 접근 금지
79정성태1/20/200527879기타: 8. DELL Latitude D800 노트북 컴퓨터의 PC Beep 소음(!) 문제.
78정성태12/27/200420258VS.NET IDE: 16. MS 제품 관련 사용되는 TCP/IP 포트 열거파일 다운로드1
77정성태12/27/200420509VS.NET IDE: 15. Virtual CD-ROM Control Panel - ISO 이미지를 CD-ROM 드라이브처럼 접근하게 해주는 EXE 프로그램 [1]파일 다운로드1
76정성태12/27/200421560VS.NET IDE: 14. VPN 접속시 IP를 고정적으로 할당받는 방법 [1]
75정성태12/27/200417795VS.NET IDE: 13. VS.NET 2005 Beta 1 - Portfolio Explorer 에 등록된 Team Server 항목 삭제 방법
84정성태1/19/200518685    답변글 VS.NET IDE: 13.1. VS.NET 2005 Beta 1 : Team Server 에 등록된 포트폴리오 프로젝트 삭제 방법
74정성태12/26/200419299VS.NET IDE: 12. [시나리오] VS.NET 2005 Team Foundation Server을 Virtual Server에 설치 [1]
80정성태12/31/200418581    답변글 VS.NET IDE: 12.1. Client Tier, 즉 VS.NET 2005가 설치된 컴퓨터도 ActiveDirectory에 참여를 해야 합니다.
81정성태12/31/200420516    답변글 VS.NET IDE: 12.2. Tier 컴퓨터를 모두 영문으로 재구성
109정성태3/4/200515694    답변글 VS.NET IDE: 12.3. [보완] MS 공식 아티클 - Installing the December CTP Release of Visual Studio Team System
73정성태11/14/200517533.NET Framework: 19. VS.NET 2005 Team Foundation Server 설치오류 - 26204 예외
72정성태12/26/200418965.NET Framework: 18. .NET Framework 2.0 Beta 설치 후에 Windows SharePoint Service 오류 [1]
136정성태3/31/200518853    답변글 .NET Framework: 18.1. Windows Sharepoint Services 를 설치한 이후 ASP.NET 오류 문제
71정성태12/26/200417197VS.NET IDE: 11. SQL Server 2005 Beta 2 를 네트워크 드라이브로부터 설치시 오류
70정성태12/26/200420038VS.NET IDE: 10. WSS 설치 후 localhost 접근 보안 오류
69정성태12/5/200417113VS.NET IDE: 9. 다른 컴퓨터(방화벽 설치)에 설치된 SQL Server에 통합 인증을 할 때 필요한 포트
... 181  182  183  184  185  186  187  188  189  190  191  192  193  [194]  195  ...