最小二乘法 线性拟合
最小二乘法excel拟合
在Excel中进行最小二乘法线性拟合的步骤如下：
1.在Excel中输入或打开要进行最小二乘法拟合的数据。
2.按住“shift”键的同时，用鼠标左键单击以选择数据。
3.单击菜单栏上的“插入”》“图表”》“散点图”图标。
4.弹出下拉列表，单击“散点图”》“仅带数据标记的散点图”图标。
5.此时，在窗口中间弹出散点图窗口。
6.鼠标左键单击其上的散点，单击鼠标右键，弹出列表式对话框，
再单击“添加趋势线(R)”。
7.弹出“设置趋势线格式”对话框。
8.勾选“设置截距(S)”、“显示公式(E)和“显示R平均值(R)”前的
方框，此时，在原散点图中增加了一条趋势线及其公式、R平均值。
以上步骤仅供参考，具体操作可能会因Excel版本的不同而略有差异。
如果需要更详细的信息，建议查看Excel的帮助文档或相关教程。
最小二乘法的线性拟合
8
4.3 数表与线图的公式化处理
前面介绍的数表与线图的程序化处理方法，这种方法虽然 解决了数表和线图在CAD作业中的存储和检索问题，但还存 在下述一些缺点：
1)占用大量计算机内存。数表和线图的程序化处理，要将 数表中的全部数据编进计算程序中，实现数据的自动检索。 当数表很庞大时，所占内存很大。一般情况下，一个设计计 算程序常常需要使用多个数表，则所占内存更加庞大，严重 时甚至会影响程序的正常运行。
4
4.2.2 直线图的公式化处理
1、直角坐标直线图的公式化处理
（a）直齿轮
（b）斜齿轮
5
2、对数坐标直线图的公式化处理
对数坐标中的直线方程可写为：
注意：一般程序语言中，只有lnx （自然对数）无十进制对数 lgx ，所以编程时，要进行换底运算。
lg x ln x ln10
6
3、区域图的公式化处理
2)效率低，占机时间长。通常设计所使用到的仅是数表中 的一小部分数据，有时甚至只是其中的一、二个。但数表程 序化处理对数表中的每个数据，无论在当时的计算程序中
是否被用到，都必须顺序地将全部数据读入内存。
检索时，一般又得顺序地从头检索至所需的那个
9
数据为止。
4.3.1 曲线拟合
数表程序化处理一般只适用于数表较小(数据 量较小)、计算程序使用数表个数不多的情况。对 于比较大型的计算程序，常常需使用很多的数表， 数据量很大，在这种情况下数表的处理就要采用其 它的方法。其中一种方法就是本节所要介绍的曲线 拟合。
常用的处理方法有三种：
1
（1）线图所表示的各参数之间本来就有计算公 式，只是由于计算公式复杂．为了便于手工计算 将公式绘成线图，以供设计时查用。对于这类线 图处理的方法为：找到线图原有公式，将公式编 写成程序。这是最精确的程序化处理方法，但难 以找到。
最小二乘法求出直线拟合公式
最小二乘法求出直线拟合公式最小二乘法是一种常用的线性回归方法，用于求出最佳的拟合直线公式。
其基本思想是通过最小化观测数据与拟合直线之间的误差来确定最佳的直线参数。
假设我们有一组观测数据(xi, yi)，其中xi表示自变量的取值，yi表示因变量的取值。
我们的目标是找到一条直线y = mx + c，使得观测数据点到这条直线之间的误差最小。
首先，我们定义观测数据点到拟合直线的误差为：ei = yi - (mx + c)。
我们的目标是最小化所有观测数据点的误差之和：min Σ(ei^2) = min Σ(yi - (mx + c))^2为了求解上述最小化问题，我们需要对误差函数关于参数m和c进行求导，并令导数等于零。
这样可以得到参数的最优解。
对于参数m的求解，我们有以下等式：d/dm Σ(ei^2) = d/dm Σ(yi - (mx + c))^2 = 0通过对上述等式进行求导和化简，我们得到以下方程：m * Σ(xi^2) + c * Σ(xi) = Σ(xi * yi)类似地，对于参数c的求解，我们有以下等式：d/dc Σ(ei^2) = d/dc Σ(yi - (mx + c))^2 = 0通过对上述等式进行求导和化简，我们得到以下方程：m * Σ(xi) + c * n = Σ(yi)其中，n表示观测数据点的数量。
最终，我们可以通过解上述方程组，求得最佳的直线参数m和c，从而得到直线的拟合公式。
拓展：最小二乘法不仅可以应用在线性回归问题中，还可以拓展到非线性回归问题。
例如，如果观测数据点遵循多项式分布，则可以使用多项式回归来拟合数据。
此时，最小二乘法的基本原理是相同的，只是拟合的模型变为多项式函数。
此外，最小二乘法还可以应用于其他问题，例如数据平滑、参数估计等。
它是一种常用的统计学方法，可以在各种实际问题中得到广泛的应用。
最小二乘法线性拟合和二次多项式拟合
最小二乘法多项式拟合对于给定的数据点N i y x i i ≤≤1),,(，可用下面的n 阶多项式进行拟合，即∑==+++=nk k k x a x a x a a x f 02210)(为了使拟合出的近似曲线能尽量反映所给数据的变化趋势，要求在所有数据点上的残差|)(|||i i i y x f -=δ都较小。
为达到上述目标，可以令上述偏差的平方和最小，即min ])([)(2121=-=∑∑==iiNi iN i y x f δ称这种方法为最小二乘原则，利用这一原则确定拟合多项式)(x f 的方法即为最小二乘法多项式拟合。
确定上述多项式的过程也就是确定)(x f 中的系数n k a k ≤≤0,的过程，根据最小二乘原则，则偏差平方和应该是这些系数的函数，即min ])([)(),,,(212110=-==∑∑==i i Ni i N i n y x f a a a S δ为使上式取值最小，则其关于n k a k ≤≤0,的一阶导数应该为零，即有∑∑∑∑=====⇒=-⇒=-=∂∂Ni i N i i i i N i i i N i y x f y x f y x f a S11110)(0])([0])([2 ∑∑∑∑=====⇒=-⇒=-=∂∂N i i i N i i i i i N i i i i N i i y x x f x y x f x y x f x a S11111)(0])([0])([2∑∑∑∑=====⇒=-⇒=-=∂∂N i i k i N i i ki i i N i k i i i N i k i k y x x f x y x f x y x f kx a S 1111)(0])([0])([2∑∑∑∑=====⇒=-⇒=-=∂∂N i i n i N i i ni i i N i n i i i N i n i n y x x f x y x f x y x f nx a S 1111)(0])([0])([2 将上面各等式写成方程组的形式可有∑∑∑∑∑∑=======++++⇒=Ni i N i n in N i iN i i Ni iN i iy x a x a x a N a yx f 1112211011)(∑∑∑∑∑∑==+=====++++⇒=Ni i i Ni n in Ni iNi ii Ni iiNi iiy x xa x a x a x a yx x f x 111132121011)(∑∑∑∑∑∑==+=+=+===++++⇒=Ni i k i Ni k n in Ni k iNi k ik iNi i k i Ni i k iy x xa xa xa x a y x x f x11122111011)(∑∑∑∑∑∑===+=+===++++⇒=Ni i n i Ni n in Ni n iNi n in iNi i n i Ni i n iy x xa xa xa x a y x x f x112122111011)(写成矩阵形式有⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑======+=+==+==+===+=====N i i n i Ni ik i N i i i N i i n k N i ni Ni k n iNi n iNi ni N i k n i N i k iNi k iN i kiN i n i Ni k iNi i N i i Ni niNi k iNi iy x y x y x y a a a a x xxx x xxx x xxx x x x N 111110121111112111111121111上述方程组可以通过克莱姆法则来计算，从而解出各系数n k a k ≤≤0,得到拟合方程。
最小二乘法线性和非线性拟合
曲线拟合问题的提法
已知一组（二维）数据，即平面上 n个点（xi,yi) i=1,…n, 寻求一个函数 （曲线）y=f(x), 使 f(x) 在某种准则下与所有数据点最为接近，即 曲线拟合得最好。
y
+
+
+
+
+ (xi +i,yi)
+
+
y=f(x)
+
x
i 为点（xi,yi) 与曲线 y=f(x) 的距离
r11a1
r12a2
r1mam
y1
(n m)
rn1a1 rn2a2 rnmam yn
即 Ra=y
r11 r12 r1m
a1
y1
其中 R
,
a
,
y
rn1 rn2 rnm
am
yn
超定方程一般是不存在解的矛盾方程组。
n
如果有向量a使得
(ri1a1 ri2a2 rimam yi )达2 到最小，
y=[-0.447 1.978 3.28 6.16 7.08 7.34 7.66 9.56 9.48 9.30 11.2];
R=[(x.^2)' x' ones(11,1)]；
A=R\y'
MATLAB(zxec1)
2）计算结果： Ａ = -9.8108 20.1293 -0.0317
f (x) 9.8108x2 20.1293x 0.0317 16
n
n
记 J (a1, a2 ,am )
2 i
[ f (xi ) yi ]2
i 1
i 1
nm
[ ak rk (xi ) yi ]2
最小二乘法线性拟合
4.最小二乘法线性拟合（非常好）我们知道，用作图法求出直线的斜率a 和截据b ，可以确定这条直线所对应的经验公式，但用作图法拟合直线时，由于作图连线有较大的随意性，尤其在测量数据比较分散时，对同一组测量数据，不同的人去处理，所得结果有差异，因此是一种粗略的数据处理方法，求出的a 和b 误差较大。
用最小二乘法拟合直线处理数据时,任何人去处理同一组数据，只要处理过程没有错误，得到的斜率a 和截据b 是唯一的。
最小二乘法就是将一组符合Y=a+bX 关系的测量数据，用计算的方法求出最佳的a 和b 。
显然，关键是如何求出最佳的a 和b 。
(1) 求回归直线设直线方程的表达式为：bx a y += (2-6-1)要根据测量数据求出最佳的a 和b 。
对满足线性关系的一组等精度测量数据（x i ，y i ），假定自变量x i 的误差可以忽略，则在同一x i 下，测量点y i 和直线上的点a+bx i 的偏差d i 如下：111bx a y d --=222bx a y d --=n n n bx a y d --=显然最好测量点都在直线上（即d 1=d 2=……=d n =0），求出的a 和b 是最理想的，但测量点不可能都在直线上，这样只有考虑d 1、d 2、……、d n 为最小，也就是考虑d 1+d 2+……+d n 为最小，但因d 1、d 2、……、d n 有正有负，加起来可能相互抵消，因此不可取；而|d 1|+|d 2|+……+ |d n |又不好解方程，因而不可行。
现在采取一种等效方法：当d 12+d 22+……+d n2对a 和b 为最小时，d 1、d 2、……、d n 也为最小。
取（d 12+d 22+……+d n 2）为最小值，求a 和b 的方法叫最小二乘法。
令 ∑==ni idD 12＝2112][i i ni ni ib a y dD --==∑∑== (2-6-2)D 对a 和b 分别求一阶偏导数为：][211∑∑==---=∂∂ni i n i i x b na y a D][21211∑∑∑===---=∂∂n i i n i i n i i i x b x a y x b D再求二阶偏导数为：n a D 222=∂∂； ∑==∂∂ni i x b D 12222 显然： 0222≥=∂∂n a D ； 021222≥=∂∂∑=n i i x b D 满足最小值条件，令一阶偏导数为零：011=--∑∑==ni i ni ix b na y(2-6-3)01211=--∑∑∑===ni i ni i ni ii x b x a yx (2-6-4)引入平均值： ∑==ni i x n x 11； ∑==n i i y n y 11；∑==n i i x n x 1221； ∑==ni i i y x n xy 11则： 0=--x b a y02=--x b x a xy （2-6-5） 解得： x b y a -= （2-6-6）22xx y x xy b --=（2-6-7）将a 、b 值带入线性方程bx a y +=，即得到回归直线方程。
最小二乘拟合算法
最小二乘拟合算法最小二乘定义一般情况下，最小二乘问题求的是使某一函数局部最小的向量 x，函数具有平方和的形式，求解可能需要满足一定的约束：信赖域反射最小二乘要理解信赖域优化方法，请考虑无约束最小化问题，最小化 f(x)，该函数接受向量参数并返回标量。
假设您现在位于 n 维空间中的点 x 处，并且您要寻求改进，即移至函数值较低的点。
基本思路是用较简单的函数 q 来逼近 f，该函数需能充分反映函数 f 在点 x 的邻域 N 中的行为。
此邻域是信赖域。
试探步 s 是通过在 N 上进行最小化（或近似最小化）来计算的。
以下是信赖域子问题如果f(x + s) < f(x)，当前点更新为 x + s；否则，当前点保持不变，信赖域 N 缩小，算法再次计算试探步。
在定义特定信赖域方法以最小化 f(x) 的过程中，关键问题是如何选择和计算逼近 q（在当前点 x 上定义）、如何选择和修改信赖域 N，以及如何准确求解信赖域子问题。
在标准信赖域方法中，二次逼近 q 由 F 在 x 处的泰勒逼近的前两项定义；邻域 N 通常是球形或椭圆形。
以数学语言表述，信赖域子问题通常写作公式2其中，g 是 f 在当前点 x 处的梯度，H 是 Hessian 矩阵（二阶导数的对称矩阵），D 是对角缩放矩阵，Δ是正标量，∥ . ∥是 2-范数。
此类算法通常涉及计算 H 的所有特征值，并将牛顿法应用于以下久期方程它们要耗费与 H 的几个分解成比例的时间，因此，对于信赖域问题，需要采取另一种方法。
Optimization Toolbox 求解器采用的逼近方法是将信赖域子问题限制在二维子空间 S 内。
一旦计算出子空间 S，即使需要完整的特征值/特征向量信息，求解的工作量也不大（因为在子空间中，问题只是二维的）。
现在的主要工作已转移到子空间的确定上。
二维子空间 S 是借助下述预条件共轭梯度法确定的。
求解器将 S 定义为由 s1 和 s2 确定的线性空间，其中 s1 是梯度 g 的方向，s2 是近似牛顿方向，即下式的解或是负曲率的方向，以此种方式选择 S 背后的理念是强制全局收敛（通过最陡下降方向或负曲率方向）并实现快速局部收敛（通过牛顿步，如果它存在）。
第5章-1 曲线拟合(线性最小二乘法)讲解
求所需系数，得到方程： 29.139a+17.9b=29.7076 17.9a+11b=18.25
通过全选主元高斯消去求得：
a=0.912605
b=0.174034
所以线性拟合曲线函数为： y=0.912605x+0.174034
练习2
根据下列数据求拟合曲线函数： y=ax2+b
x 19 25 31 38 44 y 19.0 32.3 49.0 73.3 97.8
∑xi4 a + ∑xi2 b = ∑xi 2yi
∑xi2 a + n b = ∑yi
7277699a+5327b=369321.5 5327a+5b=271.4
曲线拟合的最小二乘法
1.曲线拟合的意思
Y
.
.
.
.
y=ax+b y=ax2+bx+c
X
y=ax+b y=ax2+bx+c 就是未知函数的拟合曲线。
2最小二乘法原理
观测值与拟合曲线值误差的平方和为最小。
yi y0 y1 y2 y3 y4…… 观测值 y^i y^0 y^1 y^2 y^3 y^4…… 拟合曲线值
拟合曲线为： y=(-11x2-117x+56)/84
x
yHale Waihona Puke 1.61 1.641.63 1.66
1.6 1.63
1.67 1.7
1.64 1.67
1.63 1.66
1.61 1.64
1.66 1.69
1.59 1.62
线性最小二乘法拟合
– Busi ness fi nancial indicat ors: t otal profits of 255 million Yua n, beyond the a nnual budget of 207 million Yuan, beyond the Datang compa ny i ndex 41 .89 million Yuan, a n increase of 1.76 million Y uan, FCM ass essme nt at grade four.
Major achievement s: first, we s hould a dher e to the tw o "managem ent system" basi s, stre ngthe ning t e chnologi cal res earch, stre ngthe n hidde n hazar ds control and intri nsi c safety Enterpri se constructi on t ook new ste ps. -The tw o "management system" for improveme nt. Focus on pr omoting t he power of the com pany manag ement system a nd the applicati on a nd implementation of the s afety loop five-star manag ement syst em, improve the safety manageme nt system, reali ze the sy stem of safety control. F urther reg ulate se curity routine s, safety s upervi sion and ma nagement network r ole to play to achieve closed -loop. Stre ngthe ning the supervisi on a nd management of ha bitual vi olation of, stre ngthe ning the safety supervisi on of outs our cing contractor s. Carrie d out
线性最小二乘法拟合
线性最小二乘法拟合
线性最小二乘法（Linear Least Squares，LLS）是一种用来对观测数据建立数学模型的最常见的统计学方法，它可以有效地从数据中恢复出一组最优参数值。
它可以用来拟合各种类型的多项式曲线，甚至可以应用到混合型曲线，并且具有良好的拟合效果。
一、线性最小二乘法的定义
线性最小二乘法是一种数学方法，记为$argmin \ \sum_{i=1}^{n} (Y_i - f(X_i))^2$，表明最小二乘法通过最小化残差（残差是指观测值与实际值的差异）的平方和，来估计参数模型的参数。
二、线性最小二乘法的原理
线性最小二乘法即最小误差平方和法，即参数估计问题关于误差平方和有最小值时参数向量，该参数向量即构成最小二乘解。
另外，在假定数据舍入误差符合高斯分布的情况下，最小二乘法可以被认为是可行统计方法的最优的一种。
三、线性最小二乘法的应用
（1）拟合函数式在数学及工程中，最小二乘法非常常见，主要用于拟合函数式，特别是二元一次函数式，如曲线或抛物线；
（2）计算未知参数线性最小二乘法可以用来解决只有已知数据，而求解未知参数的最小二乘问题，它除了可以拟合多项式表达式，还可以拟合非线性方程；
（3）建立数据模型经过数据分析处理，可以使用最小二乘法的方法建立数据模型，来求解某些复杂的问题。
四、线性最小二乘法的优缺点
（1）优点：算法简单，收敛速度快，适用于线性拟合；
（2）缺点：模型不一定适用所有数据，受输入噪声影响，不适用高次函数拟合。
线性最小二乘法是广泛用于统计学和工程领域的有效方法，它不仅可以提供良好的拟合效果，而且可以有效地恢复出参数模型的最优参数值，可以满足许多不同的场景的需求，也被广泛认可和使用。
最小二乘法线性拟合
最小二乘法线性拟合最小二乘法线性拟合是一种常用的拟合方式，用于回归分析。
该方法采用最小二乘法，即使给定一组观测数据，通过计算出虚拟曲线，让拟合曲线和真实曲线之间距离最小化。
一、最小二乘法线性拟合的定义最小二乘法线性拟合是指利用一定量的实验数据，将拟合的数据的每个成分所需的函数拟合情况相同，而且有较低的累积偏差，以最好地模拟真实的实验数据的方法。
二、最小二乘法线性拟合的优点1、可以反映出实验数据的趋势：利用最小二乘法线性拟合，可以较准确地反映实验数据的趋势，可以用较低的累积偏差来得到较好的拟合效果。
2、可以有效地分析实验结果：通过最小二乘法线性拟合，可以有效地分析实验数据，从而获得完整的实验结果。
3、有利于有效的参数估计：利用最小二乘法线性拟合能够有效的参数估计，从而得出较好的参数拟合结论。
三、最小二乘法线性拟合的应用1、在科学研究中：最小二乘法线性拟合是科学研究中普遍采用的方法，如利用最小二乘法线性拟合，可以准确地模拟实验数据对实验结果的影响程度，从而获得较准确的分析结论。
2、在工程实践中：最小二乘法线性拟合也可用于工程实践的计算和设计，使得实验数据和拟合数据可以较为准确地实现关联，有助于加速计算结果的获得，从而提高系统的运行效率。
四、最小二乘法线性拟合的缺点1、拟合出的曲线有明显的噪点：采用最小二乘法线性拟合得出的拟合曲线，有可能会出现明显的噪点，影响拟合效果，而使拟合曲线与实际曲线不一致。
2、受矩阵性质的影响：最小二乘法线性拟合还受矩阵的性质的影响，要求迭代过程中的影响矩阵要满足半正定的性质，以方便求解得出解决方案。
3、无法估计系统噪声：最小二乘法线性拟合无法估计实验数据中的系统噪声，可能存在隐藏的噪声缺陷，从而影响拟合效果。
最小二乘算法 原理
最小二乘算法原理最小二乘算法是一种用于拟合数据的统计方法。
该方法通过最小化数据点与拟合曲线之间的距离，来确定拟合曲线的系数。
最小二乘方法可以应用于线性以及非线性拟合问题。
该方法广泛应用于工程、经济学、金融和科学领域中的数据分析问题。
本文将介绍最小二乘算法的原理，应用场景以及实现方式等相关内容。
一、最小二乘算法原理最小二乘算法的原理是，选择一个最优的函数模型来拟合实验数据。
该函数模型是一个线性方程，其中依变量与自变量之间存在线性关系。
在最小二乘算法中，我们假设误差服从正态分布，这意味着我们能够计算出被拟合的曲线与实际数据点之间的误差。
最小二乘算法的目标是使这些误差的平方和最小化。
该过程可以用如下的数学公式来表示:\sum_{i=1}^n(y_i - f(x_i))^2其中，y_i 为实际数据点的观测值，f(x_i) 是对应的理论值，n 为数据点的数量。
最小二乘算法的目标是找到使误差平方和最小的函数参数，该函数参数通过线性回归方法来确定。
线性回归是用于估计线性关系的统计方法。
二、应用场景最小二乘算法可以应用于多种实际问题中。
以下是最小二乘算法适用的场景：1. 线性回归最小二乘算法可以用于线性回归分析。
线性回归是分析两个或多个变量之间线性关系的方法。
最小二乘算法能够找到最佳的线性拟合曲线，该曲线使得数据点与直线之间的距离之和最小。
2. 曲线拟合最小二乘算法可以用于曲线拟合。
该方法可以找到最佳的曲线来拟合实验数据。
这些数据可以是任意形状的，包括二次曲线、三次曲线或任意的高次多项式。
3. 时间序列分析最小二乘算法可以用于时间序列分析。
时间序列分析是对时间序列数据进行建模和预测的方法。
最小二乘算法可以用于建立预测模型，并预测未来数据点的值。
4. 数字信号处理最小二乘算法可以用于数字信号处理。
该方法可以用于给定一组信号来提取其特征。
这些特征可以包括频率、相位和幅度等。
三、最小二乘算法步骤最小二乘算法的实现步骤如下所示：1. 确定函数形式首先，我们需要确定要拟合的函数形式。
最小二乘法
(1)正交性的有关性质
在线性代数欧氏空间理论中 , 将 R 3 中两个向量 x,y之间的夹角φ满足的关系式 xTy=‖x‖2‖y‖2cosφ 推广到Rn. T
x y 1 设x,y∈Rn, 由Cauchy不等式 1 || x ||2 || y ||2
从而得到Rn中两个向量之间的夹角为
x y arccos || x ||2 || y ||2
(i , f ) ( xk )i ( xk ) f ( xk )
k 0
m
则:
(i , f ) ci (i ,i )
拟合函数 f ( x) c00 ( x ) c11 ( x ) cnn ( x)
例1
设函数y=f(x)的离散数据如下表所示, 试用二次 多项式拟和上述数据,并求平方误差. i 0 xi 0 yi 1.000 1 2 3 4 5 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.221 1.492 1.822 2.226 2.718
T
定理1
设x, y是Rn中的向量, x与y正交的充分必要条
件为xＴy=0.
证明 必要性. 当x与y正交，它们的夹角φ=π/2， 有xＴy=0. 充分性. 当xＴy=0, φ=π/2, 即x与y正交. 注：如果x与y正交, 记为x⊥y
定理2
设x, y∈Rn, 且x⊥y, 那 么： ‖x+y‖22＝‖x‖22＋‖y‖22．
假设x⊥R(A), 即αiＴx=0 (i=1,2,…,k). 从而AＴx=0 另一方面,如果AＴx=0, 那么有z∈Rk, 使Az=y∈R(A). 这时，yＴx=zＴAＴx=0,即x⊥y. 由z的任意性， 得Az是任意的， 因此x⊥R(A). 由这个定理， 容易得到： 推论1 设A是n×k阶矩阵， 那么R(A)有唯一的正交 补子空间N(AＴ).
最小二乘法一阶线性拟合二阶曲线拟合的C语言程序实现
当 n=1 时，为 1 阶拟合，又称直线拟合，即系数矩阵是一个 2*2 的矩阵，通过线性方程的求解运 算，求得线性回归方程的系数表达式为：
当 n=2 时，为 2 阶曲线拟合，所得到的系数矩阵是一个 3*3 的矩阵【用 aij（i，j=1,2，……）的 形式表达】 ，通过线性方程的求解运算，求得线性回归方程的系数表达式为：
一、最小二乘法原理与计算方法
对于 m 组测量数据，选取
( x) a0 a1 x a2 x 2
an x n 进行 n 阶拟合，按
照残差平方和最小原则，对各个待二乘的法方程为 运算式如下，求解这个线性方程组就可以得出各个系数的值。
二、1 阶 2 阶拟合功能子函数和计算表达式
通过分析以上系数计算式中各项计算式，写出全部需要用到的子函数：
通过对照系数表达式里各个项的计算表达，写入主函数进行拟合计算。设定输入的数据格式为（x[ i ]，y[ i ]） ，用 户输入数据的个数为 c，计算表达式程序代码如下： 1 阶直线拟合：
2 阶曲线拟合：
三、主函数代码
四、用 MATLAB 验证程序的运行结果
第一组：选择 y=x+1 进行线性拟合检验，可见 2 阶拟合对于线性关系，二次项系数为 0
第二组：选择 y=x^2+1 进行 2 阶曲线拟合检验
第三组：进行常规数据组检验
数据输入部分的设计参考了[物理实验计算器.
Zhouzb .
zhouzb889＠]的部分代码，在此表示感谢。
m 1 i 1 m xi i 1 m x n i i 1
x
i 1 m
m
i
x
i 1
2 i
x
i 1
matlab：最小二乘法线性和非线性拟合
0.0056 0.0063 0.2542
0.0059 0.0063
4）结论：a=0.0063, b=-0.0034, k=0.2542
0.0061 0.0063
24
解法 2 用命令lsqnonlin
f(x)=F(x,tdata,ctada)= (a be0.02kt1 c1,, a be0.02kt10 c1)T
R=[(x.^2)' x' ones(11,1)]； A=R\y'
MATLAB(zxec1)
2）计算成果： Ａ = -9.8108 20.1293 -0.0317
f (x) 9.8108x2 20.1293x 0.0317 16
解法2．用多项式拟合旳命令
1）输入下列命令： x=0:0.1:1;
9
线性最小二乘法旳求解：预备知识
超定方程组：方程个数不小于未知量个数旳方程组
r11a1
r12a2
r1mam
y1
(n m)
rn1a1 rn2a2 rnmam yn
即 Ra=y
r11 r12 r1m
a1
y1
其中 R
,
a
,
y
rn1 rn2 rnm
am
yn
2. 将数据 (xi,yi) i=1, …n 作图，经过直观判断拟定 f(x)：
f=a1+a2x +
++
++
f=a1+a2x+a3x2 +
+
+ +
+
f=a1+a2x+a3x2
++ +
最小二乘法线性详细说明
利用最小二乘法计算出b, a得出回归方程即两个变 量之间的关系式。
计算 s ，并利用肖维涅准则判断有无粗差。
如果有粗差，剔除后重复①，②，③步骤计算。
如无粗差，计算b , a ，给出最后的回归方程。
26
〔例题〕
用伏安法测电阻，测量数据如表。问能否拟 合成线性关系曲线？若可以，试判断有无粗
只有相关系数 R≥ R时0 ，才能用线性回归方程
y=a+bx来描述数据的的分布规律。否则毫无 意义。
24
回归方程的精密度
根据统计理论还可以求出a和b的标准偏差分别 为：
b s
sx x
a b
xi2 n
xi2
s
nsxx
25
回归分析法的运算步骤
首先计算R，判断是否能拟合成线性曲线。 R≥ R0
b2 s11 s2 y s12 s1y
s s s 11 22
2 12
a y b1x1 b2 x 2
32
公式中：
s11
x2 1i
(
x1i)2 n
s22
x2 2i
(
x2i)2 n
s12
b=0,a= y , 从而得到y= y 的错误结论。这说明数据点
的分布不是线性,不能拟合为线性关系曲线。
cuda 最小二乘法拟合
cuda 最小二乘法拟合
最小二乘法是一种常见的数学拟合方法，常用于拟合线性模型。
它通过最小化观测数据与理论模型之间的残差平方和，来找到最适合数据的参数估计。
在CUDA（Compute Unified Device Architecture）中，可以利用图形处理器（GPU）并行计算的特点，加速最小二乘法的计算过程。
具体而言，可以将数据并行地分布到多个GPU核心上，并通过并行计算的方式同时对数据进行处理。
这可以大大提高计算速度，特别是当数据量很大时。
在CUDA中进行最小二乘法拟合的步骤通常包括以下几个主要的步骤：
1. 数据准备：将输入数据从主机内存（CPU）传输到GPU内存中。
2. 并行计算：使用GPU核心对数据进行并行计算。
这可以将数据分成多个小组，每个小组都交由不同的GPU核心处理。
3. 汇总：将多个GPU核心的计算结果进行汇总，并将结果从GPU 内存传回主机内存。
4. 参数估计：使用汇总的计算结果，通过最小二乘法计算出模型的最优参数估计值。
5. 结果传输：将参数估计值等输出结果从主机内存传输到GPU 内存，以供后续处理或存储。
通过使用CUDA进行最小二乘法拟合，可以在一定程度上提高计算效率，特别是对于大规模数据集的拟合问题。
但需要注意的是，CUDA的使用需要合适的硬件支持和编程技巧，以充分发挥其并行计算的优势。
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Chapter 8
☞ 主要内容 :最小二乘法的线性拟合
1
2
3
线性拟合的 数据
求常数A,B
求测量量y 的不确定度
8.1 线性拟合的数据
基于N次测量值 x1 , x2 , xN ，如何求得 X 和 的最 佳估算值？
( x1 , y1 ), ( x2 , y2 ) ( x N , y N )
(其中 x为自变量, y为因变 量)
( x1 , y1 ), ( x2 , y2 ) ( x N , y N )
x, y 呈线性关系
即 y A Bx （A, B 都是常数）
如果在测量过程中不存在 实验误差
实际上，误差不可避免
5.5平均值作为最佳估计值的证明 8.1 求测量量y的不确定度
回顾：5.5平均值作为最佳估计值的证明
用N-1代 替 用 x 代替
（best e for ）=
1 N ( xi x) N 1 i 1
(5.45)
的最佳估计值是
x1 , x2 , xN 的标准偏差
把 Pr obA, B ( y1 ,, y N ) 对A, B 求偏导数，令导函数:
Example P185
练习：Quick Check 8.1 P186
当 x 0 时，
y A xy B x
2
N
因此，在一些实验中，我们可以取适当的 点，使得 x 0 来简化计算.
用N-2代 替
用已求得的A, B 来代替
y的最佳估计值是
y1 , y2 , y N 的标准偏差
统计学的自由度： df n k
n ：独立测量次数
k ：限制条件个数（参量个数）
5.5平均值作为最佳估计值的证明 8.3求测量量y的不确定度
用N-2代 替
用已求得的A, B 来代替
y的最佳估计值是
y1 , y2 , y N 的标准偏差
思考：为什么N 用 N 2 代替？
0 N=2时， y 无意义； 0
yi围绕着真值以 的宽度参数服从正态分布，
y
取决于 出现的概率为：A
B
和 的实际 值
因此，N次测量值 ( xi , yi ), ( x N , y N ) 相互独立 ，同 时出现的概率等于每个测量值发生的概率的乘积。
概率要最大
指数要最小
统计学中的自由度.
（best estimate for ）=
xi x N
1 N ( xi x) N 1 i 1
(5.45)
平均值一定，只要有N-1个数确定，第N个 值就确定了，只有N-1个数据可以自由变 化,因此其自由度为：N-1
5.5平均值作为最佳估计值的证明 8.3求测量量y的不确定度
2个问题：
如果
y与 x 线性相关，怎么确定这条线？ 怎么证明 y x是线性相关的？ 和
最小二乘法 原理：误差平方和最小 最大似然原则
5.5平均值作为最佳估计值的证明 8.2 求常数A和B
为了简化讨论，我们假设： x 的偏差可以忽略，只有 y存在偏差； y 所有的偏差都是在同一数量级上； 所有的测量量 yi 都服从正态分布. 真值 yi A Bxi