Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
Math: 55. C# - 다항식을 위한 최소 자승법(Least Squares Method) [링크 복사], [링크+제목 복사]
조회: 16114
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
 




1  2  3  4  5  [6]  7  8  9  10  11  12  13  14  15  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
13481정성태12/13/20232280개발 환경 구성: 693. msbuild - .NET Core/5+ 프로젝트에서 resgen을 이용한 리소스 파일 생성 방법파일 다운로드1
13480정성태12/12/20232648개발 환경 구성: 692. Windows WSL 2 + Chrome 웹 브라우저 설치
13479정성태12/11/20232334개발 환경 구성: 691. WSL 2 (Ubuntu) + nginx 환경 설정
13477정성태12/8/20232524닷넷: 2182. C# - .NET 7부터 추가된 Int128, UInt128 [1]파일 다운로드1
13476정성태12/8/20232258닷넷: 2181. C# - .NET 8 JsonStringEnumConverter의 AOT를 위한 개선파일 다운로드1
13475정성태12/7/20232321닷넷: 2180. .NET 8 - 함수 포인터에 대한 Reflection 정보 조회파일 다운로드1
13474정성태12/6/20232170개발 환경 구성: 690. 닷넷 코어/5+ 버전의 ilasm/ildasm 실행 파일 구하는 방법 - 두 번째 이야기
13473정성태12/5/20232375닷넷: 2179. C# - 값 형식(Blittable)을 메모리 복사를 이용해 바이트 배열로 직렬화/역직렬화파일 다운로드1
13472정성태12/4/20232190C/C++: 164. Visual C++ - InterlockedCompareExchange128 사용 방법
13471정성태12/4/20232267Copilot - To enable GitHub Copilot, authorize this extension using GitHub's device flow
13470정성태12/2/20232562닷넷: 2178. C# - .NET 8부터 COM Interop에 대한 자동 소스 코드 생성 도입파일 다운로드1
13469정성태12/1/20232281닷넷: 2177. C# - (Interop DLL 없이) CoClass를 이용한 COM 개체 생성 방법파일 다운로드1
13468정성태12/1/20232220닷넷: 2176. C# - .NET Core/5+부터 달라진 RCW(Runtime Callable Wrapper) 대응 방식파일 다운로드1
13467정성태11/30/20232306오류 유형: 882. C# - Unhandled exception. System.Runtime.InteropServices.COMException (0x800080A5)파일 다운로드1
13466정성태11/29/20232488닷넷: 2175. C# - DllImport 메서드의 AOT 지원을 위한 LibraryImport 옵션
13465정성태11/28/20232240개발 환경 구성: 689. MSBuild - CopyToOutputDirectory가 "dotnet publish" 시에는 적용되지 않는 문제파일 다운로드1
13464정성태11/28/20232372닷넷: 2174. C# - .NET 7부터 UnmanagedCallersOnly 함수 export 기능을 AOT 빌드에 통합파일 다운로드1
13463정성태11/27/20232302오류 유형: 881. Visual Studio - NU1605: Warning As Error: Detected package downgrade
13462정성태11/27/20232341오류 유형: 880. Visual Studio - error CS0246: The type or namespace name '...' could not be found
13461정성태11/26/20232375닷넷: 2173. .NET Core 3/5+ 기반의 COM Server를 registry 등록 없이 사용하는 방법파일 다운로드1
13460정성태11/26/20232326닷넷: 2172. .NET 6+ 기반의 COM Server 내에 Type Library를 내장하는 방법파일 다운로드1
13459정성태11/26/20232297닷넷: 2171. .NET Core 3/5+ 기반의 COM Server를 기존의 regasm처럼 등록하는 방법파일 다운로드1
13458정성태11/26/20232307닷넷: 2170. .NET Core/5+ 기반의 COM Server를 tlb 파일을 생성하는 방법(tlbexp)
13457정성태11/25/20232255VS.NET IDE: 187. Visual Studio - 16.9 버전부터 추가된 "Display inline type hints" 옵션
13456정성태11/25/20232552닷넷: 2169. C# - OpenAI를 사용해 PDF 데이터를 대상으로 OpenAI 챗봇 작성 [1]파일 다운로드1
13455정성태11/25/20232454닷넷: 2168. C# - Azure.AI.OpenAI 패키지로 OpenAI 사용파일 다운로드1
1  2  3  4  5  [6]  7  8  9  10  11  12  13  14  15  ...