多元最小二乘回归 C++有截距的带类实现 及案例

时间: 2024-02-20 16:56:26 浏览: 23
以下是一个简单的多元最小二乘回归的C++实现,包括截距。我们将使用一个类来实现这个回归。 ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> using namespace std; class MultipleLinearRegression { private: vector<vector<double>> x; // 自变量 vector<double> y; // 因变量 int n; // 样本数 int k; // 自变量数 vector<double> beta; // 系数 double b0; // 截距 public: MultipleLinearRegression(vector<vector<double>> x, vector<double> y) { this->x = x; this->y = y; n = x.size(); k = x[0].size(); } void fit() { vector<vector<double>> x_transpose(k, vector<double>(n)); // 自变量矩阵的转置 for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < k; j++) { x_transpose[j][i] = x[i][j]; } } vector<vector<double>> x_transpose_x(k, vector<double>(k)); // 自变量矩阵的转置乘自变量矩阵 for (int i = 0; i < k; i++) { for (int j = 0; j < k; j++) { for (int l = 0; l < n; l++) { x_transpose_x[i][j] += x_transpose[i][l] * x[l][j]; } } } vector<double> x_transpose_y(k); // 自变量矩阵的转置乘因变量向量 for (int i = 0; i < k; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { x_transpose_y[i] += x_transpose[i][j] * y[j]; } } beta.resize(k); for (int i = 0; i < k; i++) { beta[i] = 0; } for (int i = 0; i < k; i++) { // 解方程 Ax=b int max_row = i; for (int j = i + 1; j < k; j++) { if (abs(x_transpose_x[j][i]) > abs(x_transpose_x[max_row][i])) { max_row = j; } } swap(x_transpose_x[i], x_transpose_x[max_row]); swap(x_transpose_y[i], x_transpose_y[max_row]); for (int j = i + 1; j < k; j++) { double ratio = x_transpose_x[j][i] / x_transpose_x[i][i]; for (int l = i; l < k; l++) { x_transpose_x[j][l] -= ratio * x_transpose_x[i][l]; } x_transpose_y[j] -= ratio * x_transpose_y[i]; } } for (int i = k - 1; i >= 0; i--) { // 回代求解 double sum = 0; for (int j = i + 1; j < k; j++) { sum += x_transpose_x[i][j] * beta[j]; } beta[i] = (x_transpose_y[i] - sum) / x_transpose_x[i][i]; } double sum = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { sum += y[i]; } double y_mean = sum / n; sum = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { double y_pred = b0; for (int j = 0; j < k; j++) { y_pred += beta[j] * x[i][j]; } sum += pow(y_pred - y_mean, 2); } double ssr = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { double y_pred = b0; for (int j = 0; j < k; j++) { y_pred += beta[j] * x[i][j]; } ssr += pow(y_pred - y_mean, 2); } double sse = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { double y_pred = b0; for (int j = 0; j < k; j++) { y_pred += beta[j] * x[i][j]; } sse += pow(y[i] - y_pred, 2); } double sst = ssr + sse; double r_squared = ssr / sst; b0 = y_mean - beta[0] * x_transpose[0][0] / x_transpose_x[0][0]; cout << "系数:"; for (int i = 0; i < k; i++) { cout << beta[i] << " "; } cout << endl << "截距:" << b0 << endl; cout << "R²:" << r_squared << endl; } }; int main() { vector<vector<double>> x{{1, 2}, {2, 3}, {3, 4}, {4, 5}, {5, 6}}; vector<double> y{1, 2, 3, 4, 5}; MultipleLinearRegression mlr(x, y); mlr.fit(); return 0; } ``` 在这个实现中,我们通过 $Ax=b$ 解多元线性方程组,其中 $A$ 是自变量矩阵的转置乘自变量矩阵,$b$ 是自变量矩阵的转置乘因变量向量。我们使用高斯消元法来解这个方程组。 最后,我们计算回归系数和截距,以及计算 $R^2$ 来评估回归模型的拟合程度。注意,在计算截距时,我们使用了第一个自变量的均值。

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