Аппроксимация функций (метод наименьших квадратов)

Содержание

Слайд 2

Задача: статистически обработать данные, и составить эмпирические формулы для нахождения зависимости

Задача:
статистически обработать данные, и составить эмпирические формулы для нахождения зависимости одной

величины от другой, когда известна таблица их значений, полученных в результате некоторой серии экспериментов.
Важнейшее отличие постановки данной задачи от задачи интерполирования состоит в том, что не требуется обязательное совпадение данных, полученных в результате измерений со значениями искомой функции в выделенных точках.
Слайд 3

Анализ задачи: результаты измерений не могут быть точными, выделенные точки (узлы),

Анализ задачи:

результаты измерений не могут быть точными,
выделенные точки (узлы), как правило,

ничем не отличаются от всех остальных и непонятно, почему именно в них мы должны требовать точного совпадения данных.
Слайд 4

Меры приближения: Максимальное по модулю отклонение искомой функции в узлах от

Меры приближения:

Максимальное по модулю отклонение искомой функции в узлах от данных

значений.
Сумма модулей отклонений искомой функции в узлах от данных значений.
Сумма квадратов отклонений искомой функции в узлах от данных значений.
Слайд 5

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. Дана таблица зависимости функции Y от аргумента X: Х

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

Дана таблица зависимости функции Y от аргумента X:
Х Х1 Х2 ……… Хn
У У1 У2 ……… Уn
Надо среди функций

основных видов определить такую (найти значения соответствующих параметров), чтобы сумма квадратов разностей значений этой функции в узлах и величин Yi была минимальна.
Слайд 6

Обычно ограничиваются функциями одного из следующих видов: Y=ax+b Y=ax2+bx+c Y=сxn Y=a eх Y=1/(ax+b) Y=a ln(x)+b Y=a/(x+b)

Обычно ограничиваются функциями одного из следующих видов:

Y=ax+b
Y=ax2+bx+c
Y=сxn
Y=a eх
Y=1/(ax+b)
Y=a ln(x)+b
Y=a/(x+b)

Слайд 7

Нахождение наилучшей линейной приближающей функции. Разберем решение задачи, когда решение ищется

Нахождение наилучшей линейной приближающей функции.

Разберем решение задачи, когда решение ищется в

виде линейной функции: Y=ax+b.
Цель - определить коэффициенты a и b таким образом, чтобы величина

приняла наименьшее значение

Слайд 8

Функция F(a,b) представляет из себя многочлен второй степени относительно величин a

Функция F(a,b) представляет из себя многочлен второй степени относительно величин a

и b с неотрицательными значениями, поэтому решение всегда существует.
Слайд 9

Слайд 10

Пусть зависимость задана таблицей Для вычисления искомых моментов построим таблицу:

Пусть зависимость задана таблицей
Для вычисления искомых моментов построим таблицу:

Слайд 11

Отсюда получаем систему 9a+b=13.4 a=0.9 a+b=6.2 или b=5.3

Отсюда получаем систему
9a+b=13.4 a=0.9
a+b=6.2 или b=5.3

Слайд 12

Проделайте аналогичные выкладки и получите систему уравнений для поиска коэффициентов a,

Проделайте аналогичные выкладки и получите систему уравнений для поиска коэффициентов a,

b, c при подборе эмпирической квадратичной зависимости
Слайд 13

Сведение поиска функций другого вида к поиску линейной функции При поиске

Сведение поиска функций другого вида к поиску линейной функции

При поиске функций

другого вида задача сводится к рассмотренной задаче нахождения наилучшей линейной функции. Для этого производится некоторая замена переменных, которая подбирается таким образом, чтобы вновь полученная задача свелась к нахождению линейной зависимости, а после применения описанной конструкции происходит обратная замена.
Слайд 14

Функция вида y=1/(ax+b) При поиске такой функции, для сведения задачи к

Функция вида y=1/(ax+b)

При поиске такой функции, для сведения задачи к

линейной мы произведем замену t =1/y, после которой задача сводится к нахождению наилучшей линейной функции t=ax+b. А коэффициенты, найденные при ее решении и будут искомыми в первоначальной задаче.
Алгоритм вычислений:
заменяем в исходной таблице переменную Y на t, а все числа, записанные в нижней строке - на обратные
для получившейся таблицы находим линейную зависимость
получившиеся значения a и b берем без изменения.