MATLAB Gaussian Fitting Parameter Estimation: From Theory to Practice, Mastering the Fitting Parameters

发布时间: 2024-09-14 19:25:26 阅读量: 9 订阅数: 16
# Chapter 1: Theoretical Foundation of Gaussian Distribution** The Gaussian distribution, also known as the normal distribution, is a continuous probability distribution characterized by its probability density function: ``` f(x) = (1 / (σ√(2π))) * e^(-(x - μ)² / (2σ²)) ``` Where μ represents the mean and σ is the standard deviation. The Gaussian distribution has the following properties: ***Symmetry:** The distribution is symmetric around the mean. ***Bell-shaped curve:** The distribution is shaped like a bell, peaking at the mean. ***Asymptotic tails:** The tails of the distribution fall off exponentially. # Chapter 2: Gaussian Fitting Parameter Estimation Methods in MATLAB ### 2.1 Fitting Based on Normal Distribution Probability Density Function #### 2.1.1 Normal Distribution Probability Density Function Formula The normal distribution, also known as the Gaussian distribution, has the probability density function: ``` f(x) = (1 / (σ * √(2π))) * exp(-((x - μ)^2) / (2 * σ^2)) ``` Where: * x: Random variable * μ: Mean * σ: Standard deviation #### 2.1.2 Parameter Estimation Methods The parameter estimation methods based on the normal distribution probability density function are as follows: 1. **Maximum Likelihood Estimation:** Maximum likelihood estimation estimates parameters by maximizing the likelihood function. The likelihood function is: ``` L(μ, σ) = ∏[f(x_i)] ``` Where, x_i represents the data samples. 2. **Moment Estimation:** Moment estimation estimates parameters by matching sample moments with theoretical moments. The sample mean and sample variance are: ``` μ_s = (1 / n) * ∑x_i σ_s^2 = (1 / n) * ∑(x_i - μ_s)^2 ``` Where, n is the sample size. ### 2.2 Fitting Based on Maximum Likelihood Estimation #### 2.2.1 Principle of Maximum Likelihood Estimation Maximum likelihood estimation assumes that the data samples come from a population with a specific parameter distribution. By maximizing the likelihood function, the parameter values that are most likely to produce the observed data can be found. #### 2.2.2 Parameter Estimation Methods Based on maximum likelihood estimation, parameter estimation methods are as follows: 1. **Log-Likelihood Function:** To simplify calculations, the log-likelihood function is used: ``` log L(μ, σ) = -n log(σ) - (1 / (2σ^2)) * ∑(x_i - μ)^2 ``` 2. **Differentiate and Set to Zero:** Differentiate μ and σ and set the results to zero to obtain the estimated parameter values: ``` μ_mle = (1 / n) * ∑x_i σ_mle^2 = (1 / n) * ∑(x_i - μ_mle)^2 ``` ### 2.3 Fitting Based on Least Squares Method #### 2.3.1 Principle of Least Squares Method The least squares method estimates parameters by minimizing the sum of the squared errors between the fitted curve and the data points. #### 2.3.2 Parameter Estimation Methods Based on the least squares method, parameter estimation methods are as follows: 1. **Error Function:** The error function is: ``` E(μ, σ) = ∑(y_i - f(x_i))^2 ``` Where, y_i are the observed values, and f(x_i) are the fitted curve values. 2. **Differentiate and Set to Zero:** Differentiate μ and σ and set the results to zero to obtain the estimated parameter values: ``` μ_ls = (∑x_i * y_i) / ∑x_i^2 σ_ls^2 = (∑y_i^2 - μ_ls * ∑y_i) / (n - 1) ``` # Chapter 3: Practice of Gaussian Fitting Parameter Estimation in MATLAB ### 3.1 Data Preparation and Visualization #### 3.1.1 Data Generation To demonstrate Gaussian fitting parameter estim
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