Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 16311
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
 




... 31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  [41]  42  43  44  45  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
12611정성태4/22/20218171오류 유형: 711. 닷넷 EXE 실행 오류 - Mixed mode assembly is build against version 'v2.0.50727' of the runtime
12610정성태4/22/20217992.NET Framework: 1046. C# - 컴파일 시점에 참조할 수 없는 타입을 포함한 이벤트 핸들러를 Reflection을 이용해 구독하는 방법파일 다운로드1
12609정성태4/22/20219367.NET Framework: 1045. C# - 런타임 시점에 이벤트 핸들러를 만들어 Reflection을 이용해 구독하는 방법파일 다운로드1
12608정성태4/21/202110285.NET Framework: 1044. C# - Generic Host를 이용해 .NET 5로 리눅스 daemon 프로그램 만드는 방법 [9]파일 다운로드1
12607정성태4/21/20218846.NET Framework: 1043. C# - 실행 시점에 동적으로 Delegate 타입을 만드는 방법파일 다운로드1
12606정성태4/21/202112940.NET Framework: 1042. C# - enum 값을 int로 암시적(implicit) 형변환하는 방법? [2]파일 다운로드1
12605정성태4/18/20218858.NET Framework: 1041. C# - AssemblyID, ModuleID를 관리 코드에서 구하는 방법파일 다운로드1
12604정성태4/18/20217524VS.NET IDE: 163. 비주얼 스튜디오 속성 창의 "Build(빌드)" / "Configuration(구성)"에서의 "활성" 의미
12603정성태4/16/20218426VS.NET IDE: 162. 비주얼 스튜디오 - 상속받은 컨트롤이 디자인 창에서 지원되지 않는 문제
12602정성태4/16/20219627VS.NET IDE: 161. x64 DLL 프로젝트의 컨트롤이 Visual Studio의 Designer에서 보이지 않는 문제 [1]
12601정성태4/15/20218733.NET Framework: 1040. C# - REST API 대신 github 클라이언트 라이브러리를 통해 프로그래밍으로 접근
12600정성태4/15/20218898.NET Framework: 1039. C# - Kubeconfig의 token 설정 및 인증서 구성을 자동화하는 프로그램
12599정성태4/14/20219625.NET Framework: 1038. C# - 인증서 및 키 파일로부터 pfx/p12 파일을 생성하는 방법파일 다운로드1
12598정성태4/14/20219732.NET Framework: 1037. openssl의 PEM 개인키 파일을 .NET RSACryptoServiceProvider에서 사용하는 방법 (2)파일 다운로드1
12597정성태4/13/20219785개발 환경 구성: 569. csproj의 내용을 공통 설정할 수 있는 Directory.Build.targets / Directory.Build.props 파일
12596정성태4/12/20219502개발 환경 구성: 568. Windows의 80 포트 점유를 해제하는 방법
12595정성태4/12/20218929.NET Framework: 1036. SQL 서버 - varbinary 타입에 대한 문자열의 CAST, CONVERT 변환을 C# 코드로 구현
12594정성태4/11/20218361.NET Framework: 1035. C# - kubectl 명령어 또는 REST API 대신 Kubernetes 클라이언트 라이브러리를 통해 프로그래밍으로 접근 [1]파일 다운로드1
12593정성태4/10/20219563개발 환경 구성: 567. Docker Desktop for Windows - kubectl proxy 없이 k8s 대시보드 접근 방법
12592정성태4/10/20219403개발 환경 구성: 566. Docker Desktop for Windows - k8s dashboard의 Kubeconfig 로그인 및 Skip 방법
12591정성태4/9/202112677.NET Framework: 1034. C# - byte 배열을 Hex(16진수) 문자열로 고속 변환하는 방법 [2]파일 다운로드1
12590정성태4/9/20219144.NET Framework: 1033. C# - .NET 4.0 이하에서 Console.IsInputRedirected 구현 [1]
12589정성태4/8/202110482.NET Framework: 1032. C# - Environment.OSVersion의 문제점 및 윈도우 운영체제의 버전을 구하는 다양한 방법 [1]
12588정성태4/7/202111036개발 환경 구성: 565. PowerShell - New-SelfSignedCertificate를 사용해 CA 인증서 생성 및 인증서 서명 방법
12587정성태4/6/202111850개발 환경 구성: 564. Windows 10 - ClickOnce 배포처럼 사용할 수 있는 MSIX 설치 파일 [1]
12586정성태4/5/20219534오류 유형: 710. Windows - Restart-Computer / shutdown 명령어 수행 시 Access is denied(E_ACCESSDENIED)
... 31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  [41]  42  43  44  45  ...