一步步实现Kriging程序(1)

开个题,写一下kriging的程序编写

注意:一般计算都会把计算化为矩阵运算,这样可以简化公式,同时编程,还有运算速度都会有提升(自己说的,不敢保证对,只是个人理解)

首先说一下核矩阵计算。核矩阵千万不要用循环,会死人的。自己写程序,如果别人有写好的,自己想写可以参考,最好参考别人最初的版本,里面只有核心功能,容易看懂。

先说一下核矩阵计算。

拿高斯核函数举例,,我们只需要计算分子部分即可,或者说我们只需要计算2范数即可,其他部分一句话就完成了不再赘述。我们取样均为行为样本数,列为维度。

x=[1;2;3];
%结果3(samples)*1(dim)
1
2
3

取3个一维样本,组成列向量(矩阵),正常循环的话,我们的计算过程如下,

x=[1;2;3];
n=length(x); 
D=zeros(n);
for i=1:n
    for j=1:n
        D(i,j)=norm(x(i,:)-x(j,:));
    end
end
%结果
0	1	2
1	0	1
2	1	0

计算过程如下:(平方再开方抵消了)

sqrt[(1-1)^2   (1-2)^2   (1-3)^2
     (2-1)^2   (2-2)^2   (2-3)^2
     (3-1)^2   (3-2)^2   (3-3)^2]

提取出来就是:

\sqrt[2]{\begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} 1, 1, 1\\ 2,2,2\\ 3,3,3 \end{bmatrix}- \begin{bmatrix} 1,2,3\\ 1,2,3\\1,2,3\end{bmatrix} \end{Bmatrix}^{2}}

变成程序就是

D=sqrt((repmat(x(:,1), 1,n)-repmat(x(:,1)',  n,1)).^2);

如果是二维的呢?我们再来看一下。

x=[1 4;
   2 5;
   3 6]
%结果3(samples)*2(dim)
1 4
2 5
3 6

取3个二维样本,组成列向量(矩阵),正常循环的话,我们的计算过程如下,

x=[1 4;
   2 5;
   3 6]
[n,D1] = size(x);
C=zeros(n);
for i=1:n
    for j=1:n
       C(i,j)=norm(x(i,:)-x(j,:));
    end
end
%
0	1.41421356237310	2.82842712474619
1.41421356237310	0	1.41421356237310
2.82842712474619	1.41421356237310	0

计算过程如下:

sqrt((1-1)^2+(4-4)^2)   sqrt((1-2)^2+(4-5)^2)   sqrt((1-3)^2+(4-6)^2)
sqrt((2-1)^2+(5-4)^2)   sqrt((2-2)^2+(5-5)^2)   sqrt((2-3)^2+(5-6)^2)
sqrt((3-1)^2+(6-4)^2)  sqrt((3-2)^2+(6-5)^2)  sqrt((3-3)^2+(6-6)^2)

计算2范数的时候,对应维度相减再平方,可以转化为下面这样(\begin{bmatrix} -1, -1, -1\\ 0, 0, 0\\ 1, 1, 1 \end{bmatrix}- \begin{bmatrix} -1 , 0 , 1\\ -1 , 0 , 1\\ -1 , 0 , 1 \end{bmatrix})

\sqrt[2]{\begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} 1,1,1\\ 2,2,2\\3,3,3\end{bmatrix}- \begin{bmatrix} 1,2,3\\ 1,2,3\\ 1,2,3\end{bmatrix} \end{Bmatrix}^{2}+ \begin{Bmatrix} \begin{bmatrix} 4,4,4\\5,5,5\\ 6,6,6 \end{bmatrix}- \begin{bmatrix} 4,5,6\\ 4,5,6\\ 4,5,6\end{bmatrix} \end{Bmatrix}^{2}}}

第一个大括号是第一维度的相减,第二个大括号的第二个维度的相减。

变成程序就是对每个维度循环使用一维的方法计算

x=(-1:1:1)';
x2=[x,x];
[n,D1] = size(x2);
C=zeros(n);
for d = 1:D1    
    C=C+(repmat(x2(:,d),  1 ,n) - repmat(x2(:,d)',  n,1)).^2;   
end  
sqrt(C)
%
0	1.41421356237310	2.82842712474619
1.41421356237310	0	1.41421356237310
2.82842712474619	1.41421356237310	0

好了,先说到这里,后面继续更新。

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