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数学建模中的常用最小二乘方法

2018-07-31韩加坤

科教导刊 2018年7期

摘 要 在数学模型的构建过程中经常会遇到对测量、收集、计算数据的分析、整理等问题。解决这类问题的常用方法便是借助计算程序,把大量实验数据进行可视化或者函数化处理,以期得到直观认识。其中最小二乘法是数据拟合问题中比较常用的一类方法。本文总结对比了最小二乘近似(LS)与移动最小二乘近似[1](MLS)两类常用最小二乘方法。通过数值实验发现,LS相比较而言相对粗糙,不能有效表达大波动奇异数据的特征,建议在数学建模工作中处理该类问题的时候采用MLS方法。

关键词 最小二乘近似 移动最小二乘近似 数学建模

0 引言

LS方法因为其出现时间较早、相关理论成熟,matlab也有可以直接调用的函数,是目前使用最为广泛的一类拟合算法工具。随着其它研究的需要,学者们又由LS方法进一步演绎出了如MLS法、偏最小二乘回归[2][3](PLS,partial least squares approximation)等其它的最小二乘类方法。MLS法、偏最小二乘回归两个方法的事前近似函数构造原理不同,但在最优结果的计算上均使用了最小二乘原理。因为有可以直接调用的函数或成熟的程序,在现行的数学建模中使用的比较多的是LS法和MLS法。

1 基本原理

1.1 最小二乘近似

LS法最早被用来研究两个变量()之间的相互关系,从中得到较理想的拟合直线(函数)。通常在实验过程中得到一组数据对,希望由该组数据寻找出一个理想的直线方程,使得该数据对对应的点列到这一直线距离的平方和最小。因为该线性最小二乘问题是凸的,故存在唯一的封闭解。……

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