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最小二乘法曲线拟合-原理及matlab实现

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曲线拟合(curve-fitting):工程实践中,用测量到的一些离散的数据求一个近似的函数来拟合这组数据,要求所得的拟合曲线能最好的反映数据的基本趋势(即使最好地逼近,而不必满足插值原则。因此没必要取=,只要使尽可能地小)。原理:给定数据点。求近似曲线。并且使得近似曲线与的偏差最小。近似曲线在该点处的偏差,i=1,2,。。。,m。 常见的曲线拟合方法: 1.使偏差绝对值之和最小 2.使偏差绝对值最大的最小 3.使偏差平方和最小 最小二乘法: 按偏差平方和最小的原则选取拟合曲线,并且实行二项式方程为拟合曲线的方法,称为最小二乘法。推导过程: 1. 设拟合多项式为: 2. 各点到这条曲线的距离之和,即偏差平方和如下: 3. 问题转化为求待定系数.。.对等式右边求偏导数,因而我们得到了: .。..。。. 4、 把这些等式化简并表示成矩阵的形式,就可以得到下面的矩阵: 5. 将这个范德蒙得矩阵化简后可得到: 6。 也就是说 X*A=Y,那么 A = (X’*X)-1*X'*Y,便得到了系数矩阵 A,同时,我们也就得到了拟合曲线。MATLAB 实现:MATLAB 提供了 polyfit()函数命令进行最小二乘曲线拟合.调用格式:p=polyfit(x,y,n) [p,s]= polyfit(x,y,n) [p,s,mu]=polyfit(x,y,n)x,y 为数据点,n 为多项式阶数,返回 p 为幂次从高到低的多项式系数向量 p。x 必须是单调的。矩阵 s 包括 R(对 x 进行 QR 分解的三角元素)、df(自由度)、normr(残差)用于生成预测值的误差估量。 [p,s,mu]=polyfit(x,y,n)在拟合过程中,首先对 x 进行数据标准化处理,以在拟合中消除量纲等影响,mu 包含标准化处理过程中使用的 x 的均值和标准差。polyval( )为多项式曲线求值函数,调用格式: y=polyval(p,x) [y,DELTA]=polyval(p,x,s)y=polyval(p,x)为返回对应自变量 x 在给定系数 P 的多项式的值。[y,DELTA]=polyval(p,x,s) 使用 polyfit 函数的选项输出 s 得出误差估量 Y DELTA.它假设 polyfit 函数数据输入的误差是独立正态的,并且方差为常数。则 Y DELTA 将至少包含 50%的预测值。如下给定数据的拟合曲线:x=[0。5,1.0,1.5,2。0,2.5,3。0],y=[1.75,2.45,3。81,4。80,7.00,8。60]。解:MATLAB 程序如下:x=[0。5,1.0,1。5,2.0,2.5,3。0];y=[1.75,2.45,3.81,4.80,7。00,8.60];p=polyfit(x,y,2)x1=0。5:0.05:3。0;y1=polyval(p,x1);plot(x,y,’*r',x1,y1,'...

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