线性最小二乘回归项目:多类模型探讨与误差评估

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本项目主要关注线性回归问题的相关内容,涉及MATH728D机器学习课程中的实践任务。在该项目中,目标是使用一组数据对(ti, yi)来建立一个线性模型,该模型通过n个参数(x1, x2, ..., xn)与基础函数集合Φ相联系,表达式为y(t) = x1φ1(t) + x2φ2(t) + ... + xnφn(t)。这个模型的选择通常基于不同的基础函数系列,如多项式(1, t, t^2, ..., t^(n-1))、三角函数(1, sin(t), cos(t), sin(2t),...)或者组合了多项式和三角函数。 项目的核心是线性最小二乘法,即寻找使得残差向量r(由yi - y(ti)定义)的L2范数最小的参数值。残差向量ri被定义为每个数据点预测值yi与实际值y(ti)之间的差。评估模型性能的关键指标是均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE),它是残差向量的平方和除以数据点数量的平方根。在MATLAB中,可以使用rms函数计算RMSE,而在Python中则通过np.sqrt求得。 实施该项目时,你需要: 1. **选择合适的基函数**:根据问题特性选择基础函数集,如多项式、三角或混合模型。 2. **构建模型**:将数据映射到选定的基函数上,找到最优的参数x。 3. **计算残差**:对于每一个数据点,计算y(ti)和yi之间的差值,形成残差向量ri。 4. **计算RMSE**:利用上述公式计算残差的平方和,然后取平均并开平方根得到最终的RMSE值。 5. **模型验证与优化**:通过调整模型参数,不断减小RMSE,确保模型的准确性。 在整个项目过程中,你需要深入理解线性最小二乘方法的原理,熟练运用编程工具(如MATLAB或Python)进行模型构建和评估,并能够解释模型性能的好坏以及可能的改进方向。这不仅涉及数学建模,还包含编程技能和数据分析实践,对理论知识和实践能力都有较高要求。