Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사]
조회: 16063
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
 




... 16  17  [18]  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
13176정성태11/29/20224435오류 유형: 828. gunicorn - ModuleNotFoundError: No module named 'flask'
13175정성태11/29/20226041오류 유형: 827. Python - ImportError: cannot import name 'html5lib' from 'pip._vendor'
13174정성태11/28/20224628.NET Framework: 2073. C# - VMMap처럼 스택 메모리의 reserve/guard/commit 상태 출력파일 다운로드1
13173정성태11/27/20225329.NET Framework: 2072. 닷넷 응용 프로그램의 스레드 스택 크기 변경
13172정성태11/25/20225163.NET Framework: 2071. 닷넷에서 ESP/RSP 레지스터 값을 구하는 방법파일 다운로드1
13171정성태11/25/20224752Windows: 214. 윈도우 - 스레드 스택의 "red zone"
13170정성태11/24/20225073Windows: 213. 윈도우 - 싱글 스레드는 컨텍스트 스위칭이 없을까요?
13169정성태11/23/20225663Windows: 212. 윈도우의 Protected Process (Light) 보안 [1]파일 다운로드2
13168정성태11/22/20224932제니퍼 .NET: 31. 제니퍼 닷넷 적용 사례 (9) - DB 서비스에 부하가 걸렸다?!
13167정성태11/21/20224966.NET Framework: 2070. .NET 7 - Console.ReadKey와 리눅스의 터미널 타입
13166정성태11/20/20224690개발 환경 구성: 651. Windows 사용자 경험으로 WSL 환경에 dotnet 런타임/SDK 설치 방법
13165정성태11/18/20224587개발 환경 구성: 650. Azure - "scm" 프로세스와 엮인 서비스 모음
13164정성태11/18/20225514개발 환경 구성: 649. Azure - 비주얼 스튜디오를 이용한 AppService 원격 디버그 방법
13163정성태11/17/20225468개발 환경 구성: 648. 비주얼 스튜디오에서 안드로이드 기기 인식하는 방법
13162정성태11/15/20226530.NET Framework: 2069. .NET 7 - AOT(ahead-of-time) 컴파일
13161정성태11/14/20225765.NET Framework: 2068. C# - PublishSingleFile로 배포한 이미지의 역어셈블 가능 여부 (난독화 필요성) [4]
13160정성태11/11/20225699.NET Framework: 2067. C# - PublishSingleFile 적용 시 native/managed 모듈 통합 옵션
13159정성태11/10/20228886.NET Framework: 2066. C# - PublishSingleFile과 관련된 옵션 [3]
13158정성태11/9/20225185오류 유형: 826. Workload definition 'wasm-tools' in manifest 'microsoft.net.workload.mono.toolchain' [...] conflicts with manifest 'microsoft.net.workload.mono.toolchain.net7'
13157정성태11/8/20225836.NET Framework: 2065. C# - Mutex의 비동기 버전파일 다운로드1
13156정성태11/7/20226732.NET Framework: 2064. C# - Mutex와 Semaphore/SemaphoreSlim 차이점파일 다운로드1
13155정성태11/4/20226239디버깅 기술: 183. TCP 동시 접속 (연결이 아닌) 시도를 1개로 제한한 서버
13154정성태11/3/20225712.NET Framework: 2063. .NET 5+부터 지원되는 GC.GetGCMemoryInfo파일 다운로드1
13153정성태11/2/20226989.NET Framework: 2062. C# - 코드로 재현하는 소켓 상태(SYN_SENT, SYN_RECV)
13152정성태11/1/20225616.NET Framework: 2061. ASP.NET Core - DI로 추가한 클래스의 초기화 방법 [1]
13151정성태10/31/20225718C/C++: 161. Windows 11 환경에서 raw socket 테스트하는 방법파일 다운로드1
... 16  17  [18]  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ...