最小二乘法拟合多项式原理以及c++实现

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最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。

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c++实现代码如下:

[cpp]  view plain  copy
  1. #include   
  2. #include   
  3. #include   
  4. using namespace std;  
  5.   
  6. //最小二乘拟合相关函数定义  
  7. double sum(vector<double> Vnum, int n);  
  8. double MutilSum(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n);  
  9. double RelatePow(vector<double> Vx, int n, int ex);  
  10. double RelateMutiXY(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex);  
  11. void EMatrix(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex, double coefficient[]);  
  12. void CalEquation(int exp, double coefficient[]);  
  13. double F(double c[],int l,int m);  
  14. double Em[6][4];  
  15.   
  16. //主函数,这里将数据拟合成二次曲线  
  17. int main(int argc, char* argv[])  
  18. {  
  19.     double arry1[5]={0,0.25,0,5,0.75};  
  20.     double arry2[5]={1,1.283,1.649,2.212,2.178};  
  21.     double coefficient[5];  
  22.     memset(coefficient,0,sizeof(double)*5);  
  23.     vector<double> vx,vy;  
  24.     for (int i=0; i<5; i++)  
  25.     {  
  26.         vx.push_back(arry1[i]);  
  27.         vy.push_back(arry2[i]);  
  28.     }  
  29.     EMatrix(vx,vy,5,3,coefficient);  
  30.     printf("拟合方程为:y = %lf + %lfx + %lfx^2 \n",coefficient[1],coefficient[2],coefficient[3]);  
  31.     return 0;  
  32. }  
  33. //累加  
  34. double sum(vector<double> Vnum, int n)  
  35. {  
  36.     double dsum=0;  
  37.     for (int i=0; i
  38.     {  
  39.         dsum+=Vnum[i];  
  40.     }  
  41.     return dsum;  
  42. }  
  43. //乘积和  
  44. double MutilSum(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n)  
  45. {  
  46.     double dMultiSum=0;  
  47.     for (int i=0; i
  48.     {  
  49.         dMultiSum+=Vx[i]*Vy[i];  
  50.     }  
  51.     return dMultiSum;  
  52. }  
  53. //ex次方和  
  54. double RelatePow(vector<double> Vx, int n, int ex)  
  55. {  
  56.     double ReSum=0;  
  57.     for (int i=0; i
  58.     {  
  59.         ReSum+=pow(Vx[i],ex);  
  60.     }  
  61.     return ReSum;  
  62. }  
  63. //x的ex次方与y的乘积的累加  
  64. double RelateMutiXY(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex)  
  65. {  
  66.     double dReMultiSum=0;  
  67.     for (int i=0; i
  68.     {  
  69.         dReMultiSum+=pow(Vx[i],ex)*Vy[i];  
  70.     }  
  71.     return dReMultiSum;  
  72. }  
  73. //计算方程组的增广矩阵  
  74. void EMatrix(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex, double coefficient[])  
  75. {  
  76.     for (int i=1; i<=ex; i++)  
  77.     {  
  78.         for (int j=1; j<=ex; j++)  
  79.         {  
  80.             Em[i][j]=RelatePow(Vx,n,i+j-2);  
  81.         }  
  82.         Em[i][ex+1]=RelateMutiXY(Vx,Vy,n,i-1);  
  83.     }  
  84.     Em[1][1]=n;  
  85.     CalEquation(ex,coefficient);  
  86. }  
  87. //求解方程  
  88. void CalEquation(int exp, double coefficient[])  
  89. {  
  90.     for(int k=1;k//消元过程  
  91.     {  
  92.         for(int i=k+1;i
  93.         {  
  94.             double p1=0;  
  95.   
  96.             if(Em[k][k]!=0)  
  97.                 p1=Em[i][k]/Em[k][k];  
  98.   
  99.             for(int j=k;j
  100.                 Em[i][j]=Em[i][j]-Em[k][j]*p1;  
  101.         }  
  102.     }  
  103.     coefficient[exp]=Em[exp][exp+1]/Em[exp][exp];  
  104.     for(int l=exp-1;l>=1;l--)   //回代求解  
  105.         coefficient[l]=(Em[l][exp+1]-F(coefficient,l+1,exp))/Em[l][l];  
  106. }  
  107. //供CalEquation函数调用  
  108. double F(double c[],int l,int m)  
  109. {  
  110.     double sum=0;  
  111.     for(int i=l;i<=m;i++)  
  112.         sum+=Em[l-1][i]*c[i];  
  113.     return sum;   
  114. }  

 
   
 

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