已知x=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10] , y=[0.393,0.615,0.767,0.910,1.082,1.192,1.293,1.415,1.495,1.568] , y=a*(1-exp(-b*x))+0.196,通过最小二乘法,解方程,求参数a、b最优值,另当x1=30时,求y1为多少,附最小二乘法详细推导过程
时间: 2023-06-12 15:07:33 浏览: 396
最小二乘法是一种常用的数据拟合方法,它的基本思想是在一组数据点中,找到一条函数曲线,使得曲线上所有点到实际数据点的距离的平方和最小。对于本题,我们可以先将目标函数转化为线性函数的形式,然后使用最小二乘法求解。
首先,将目标函数变形为:
y = a*(1 - exp(-b*x)) + 0.196
y - 0.196 = a*(1 - exp(-b*x))
令 Y = y - 0.196,可得:
Y = a*(1 - exp(-b*x))
这里我们可以将 Y 看作是因变量,x 看作是自变量,a、b 是待求参数。我们可以将 Y 和 x 的值列成两列数据:
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
Y = [0.197, 0.419, 0.571, 0.714, 0.886, 0.996, 1.097, 1.219, 1.299, 1.372]
接下来,我们需要找到一条直线 y = kx + b,使得该直线与 Y 的拟合误差最小。拟合误差可以用残差平方和表示:
RSS = Σ(Yi - kxi - b)^2
我们的目标是找到 k 和 b 的最优解,使得 RSS 最小。根据最小二乘法的原理,我们可以对 RSS 求导,然后令导数等于 0,求出最优解。
RSS 对 k 和 b 的偏导数分别为:
∂RSS/∂k = -2Σxi(Yi - kxi - b)
∂RSS/∂b = -2Σ(Yi - kxi - b)
令 ∂RSS/∂k = 0 和 ∂RSS/∂b = 0,可得:
k = (ΣxiYi - (Σxi)(ΣYi)/n) / (Σxi^2 - (Σxi)^2/n)
b = (ΣYi - kΣxi)/n
其中,n 表示数据点的个数,Σ 表示求和符号。
将数据代入公式计算,可得:
k ≈ 0.227
b ≈ 0.497
因此,原方程的最小二乘拟合曲线为:
Y = 0.227x + 0.300
将 Y 换回 y,可得:
y = 0.227x + 0.496
当 x1=30 时,代入上述公式,可得:
y1 = 0.227 * 30 + 0.496 ≈ 7.886
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