Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사]
조회: 15975
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)
13021정성태3/31/20226679Windows: 201. Windows - INF 파일을 이용한 장치 제거 방법
13020정성태3/30/20226423.NET Framework: 1187. RDP 접속 시 WPF UserControl의 Unloaded 이벤트 발생파일 다운로드1
13019정성태3/30/20226405.NET Framework: 1186. Win32 Message를 Code로부터 메시지 이름 자체를 구하고 싶다면?파일 다운로드1
13018정성태3/29/20226933.NET Framework: 1185. C# - Unsafe.AsPointer가 반환한 포인터는 pinning 상태일까요? [5]
13017정성태3/28/20226777.NET Framework: 1184. C# - GC Heap에 위치한 참조 개체의 주소를 알아내는 방법 - 두 번째 이야기 [3]
13016정성태3/27/20227626.NET Framework: 1183. C# 11에 추가된 ref 필드의 (우회) 구현 방법파일 다운로드1
13015정성태3/26/20228966.NET Framework: 1182. C# 11 - ref struct에 ref 필드를 허용 [1]
13014정성태3/23/20227576VC++: 155. CComPtr/CComQIPtr과 Conformance mode 옵션의 충돌 [1]
13013정성태3/22/20225896개발 환경 구성: 641. WSL 우분투 인스턴스에 파이썬 2.7 개발 환경 구성하는 방법
13012정성태3/21/20225261오류 유형: 803. C# - Local '...' or its members cannot have their address taken and be used inside an anonymous method or lambda expression
13011정성태3/21/20226724오류 유형: 802. 윈도우 운영체제에서 웹캠 카메라 인식이 안 되는 경우
13010정성태3/21/20225683오류 유형: 801. Oracle.ManagedDataAccess.Core - GetTypes 호출 시 "Could not load file or assembly 'System.DirectoryServices.Protocols...'" 오류
13009정성태3/20/20227229개발 환경 구성: 640. docker - ibmcom/db2 컨테이너 실행
13008정성태3/19/20226517VS.NET IDE: 176. 비주얼 스튜디오 - 솔루션 탐색기에서 프로젝트를 선택할 때 csproj 파일이 열리지 않도록 만드는 방법
13007정성태3/18/20226151.NET Framework: 1181. C# - Oracle.ManagedDataAccess의 Pool 및 그것의 연결 개체 수를 알아내는 방법파일 다운로드1
13006정성태3/17/20227183.NET Framework: 1180. C# - ffmpeg(FFmpeg.AutoGen)를 이용한 remuxing.c 예제 포팅
13005정성태3/17/20226064오류 유형: 800. C# - System.InvalidOperationException: Late bound operations cannot be performed on fields with types for which Type.ContainsGenericParameters is true.
13004정성태3/16/20226090디버깅 기술: 182. windbg - 닷넷 메모리 덤프에서 AppDomain에 걸친 정적(static) 필드 값을 조사하는 방법
13003정성태3/15/20226235.NET Framework: 1179. C# - (.NET Framework를 위한) Oracle.ManagedDataAccess 패키지의 성능 카운터 설정 방법
13002정성태3/14/20226984.NET Framework: 1178. C# - ffmpeg(FFmpeg.AutoGen)를 이용한 http_multiclient.c 예제 포팅
13001정성태3/13/20227388.NET Framework: 1177. C# - 닷넷에서 허용하는 메서드의 매개변수와 호출 인자의 최대 수
13000정성태3/12/20226950.NET Framework: 1176. C# - Oracle.ManagedDataAccess.Core의 성능 카운터 설정 방법
12999정성태3/10/20226445.NET Framework: 1175. Visual Studio - 프로젝트 또는 솔루션의 Clean 작업 시 응용 프로그램에서 생성한 파일을 함께 삭제파일 다운로드1
12998정성태3/10/20226062.NET Framework: 1174. C# - ELEMENT_TYPE_FNPTR 유형의 사용 예
12997정성태3/10/202210443오류 유형: 799. Oracle.ManagedDataAccess - "ORA-01882: timezone region not found" 오류가 발생하는 이유
12996정성태3/9/202215603VS.NET IDE: 175. Visual Studio - 인텔리센스에서 오버로드 메서드를 키보드로 선택하는 방법
... 16  17  18  19  20  21  22  23  [24]  25  26  27  28  29  30  ...