matlab拟合最小二乘法
最小二乘法拟合
一、 绘制离散点图
>> x=[0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55];
y=[0 1.27*10^-4 2.16*10^-4 2.86*10^-4 3.44*10^-4 3.87*10^-4 4.15*10^-4 4.37*10^-4
4.51*10^-4 4.58*10^-4 4.02*10^-4 4.64*10^-4];
plot(x,y,'r*');
legend('实验数据(xi,yi)');
xlabel('x'), ylabel('y'), title('数据点(xi,yi)的散点图')
运行如图
二、编写程序计算在x 处的函数值
>> syms a1 a2 a3 a4
x=[0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55];
fi=a1.*x.^3+ a2.*x.^2+ a3.*x+ a4
运行后显示a1、a2、a3、a4的方程组
fi =
[ a4, 125*a1 + 25*a2 + 5*a3 + a4, 1000*a1 + 100*a2 + 10*a3 + a4, 3375*a1 + 225*a2 + 15*a3 + a4, 8000*a1 + 400*a2 + 20*a3 + a4, 15625*a1 + 625*a2 + 25*a3 + a4, 27000*a1 + 900*a2 +
30*a3 + a4, 42875*a1 + 1225*a2 + 35*a3 + a4, 64000*a1 + 1600*a2 + 40*a3 + a4, 91125*a1 +
2025*a2 + 45*a3 + a4, 125000*a1 + 2500*a2 + 50*a3 + a4, 166375*a1 + 3025*a2 + 55*a3 + a4]
三、编写构造平方和的matlab程序
>> y=[0 1.27*10^-4 2.16*10^-4 2.86*10^-4 3.44*10^-4 3.87*10^-4 4.15*10^-4 4.37*10^-4
4.51*10^-4 4.58*10^-4 4.02*10^-4 4.64*10^-4];
fi=[ a4, 125*a1 + 25*a2 + 5*a3 + a4, 1000*a1 + 100*a2 + 10*a3 + a4, 3375*a1 + 225*a2 + 15*a3 + a4, 8000*a1 + 400*a2 + 20*a3 + a4, 15625*a1 + 625*a2 + 25*a3 + a4, 27000*a1 + 900*a2 + 30*a3 + a4, 42875*a1 + 1225*a2 + 35*a3 + a4, 64000*a1 + 1600*a2 + 40*a3 + a4, 91125*a1 + 2025*a2 + 45*a3 + a4, 125000*a1 + 2500*a2 + 50*a3 + a4, 166375*a1 + 3025*a2 + 55*a3 + a4] fy=fi-y;
fy2=fy.^2;
J=sum(fy.^2)
运行的如下结果
fi =
[ a4, 125*a1 + 25*a2 + 5*a3 + a4, 1000*a1 + 100*a2 + 10*a3 + a4, 3375*a1 + 225*a2 + 15*a3 + a4, 8000*a1 + 400*a2 + 20*a3 + a4, 15625*a1 + 625*a2 + 25*a3 + a4, 27000*a1 + 900*a2 + 30*a3 + a4, 42875*a1 + 1225*a2 + 35*a3 + a4, 64000*a1 + 1600*a2 + 40*a3 + a4, 91125*a1 + 2025*a2 + 45*a3 + a4, 125000*a1 + 2500*a2 + 50*a3 + a4, 166375*a1 + 3025*a2 + 55*a3 + a4]
J =
58593218750*a1^2 + 2386725000*a1*a2 + 49967500*a1*a3 + 1089000*a1*a4 - (274377591928296252150123*a1)/576460752303423488000 + 24983750*a2^2 + 1089000*a2*a3 + 25300*a2*a4 - (31331074233255294718193*a2)/2882303761517117440000 + 12650*a3^2 + 660*a3*a4 - (7819978335372091569501*a3)/28823037615171174400000 + 12*a4^2 - (2298349019433749545307*a4)/288230376151711744000000 + 520374483464852566590953249225508026224249/332306998946228968225951765070086144000000000000
四、求a1、a2、a3、a4使J达到最小,分别对a1、a2、a3、a4求偏导数,使之等于0 程序如下
syms a1 a2 a3 a4
J=58593218750*a1^2+2386725000*a1*a2+49967500*a1*a3+1089000*a1*a4-(274377591928296252150123*a1)/576460752303423488000+24983750*a2^2+1089000*a2*a3 + 25300*a2*a4 - (31331074233255294718193*a2)/2882303761517117440000+12650*a3^2+660*a3*a4-(7819978335372091569501*a3)/28823037615171174400000+12*a4^2-(2298349019433749545307*a4)/288230376151711744000000+520374483464852566590953249225508026224249/332306998946228968225951765070086144000000000000
Ja1=diff(J,a1);
Ja2=diff(J,a2);
Ja3=diff(J,a3);
Ja4=diff(J,a4);
Ja11=simple(Ja1), Ja21=simple(Ja2), Ja31=simple(Ja3), Ja41=simple(Ja4)
运行得
Ja11 =
117186437500*a1 + 2386725000*a2 + 49967500*a3 + 1089000*a4 - 1903877/4000
Ja21 =
2386725000*a1 + 49967500*a2 + 1089000*a3 + 25300*a4 - 217403/20000
Ja31 =
49967500*a1 + 1089000*a2 + 25300*a3 + 660*a4 - 27131/100000
Ja41 =
1089000*a1 + 25300*a2 + 660*a3 + 24*a4 - 3987/500000
解线性方程组Ja11 =0,Ja21 =0,Ja31 =0,Ja41 =0,输入下列程序
>> A=[117186437500, 2386725000,49967500,1089000;
2386725000, 49967500, 1089000,25300;
49967500,1089000,25300, 660;
1089000, 25300, 660,24];
B=[274377591928296252150123/576460752303423488000,31331074233255294718193/2882303761517117440000,7819978335372091569501/28823037615171174400000,
2298349019433749545307/288230376151711744000000];
C=B/A, f=poly2sym(C)
运行即可得
C =
1.0e-004 *
0.0000 -0.0052 0.2634 0.0178
f =
(4154371348005165*x^3)/1208925819614629174706176 - (307872452451165*x^2)/590295810358705651712 + (971769044862535*x)/36893488147419103232 + 4212074133985165/2361183241434822606848
五、编写下面的MATLAB程序估计其误差,并作出拟合曲线和数据的图形.输入程序 >> xi=[0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55];
y=[0 1.27*10^-4 2.16*10^-4 2.86*10^-4 3.44*10^-4 3.87*10^-4 4.15*10^-4 4.37*10^-4
4.51*10^-4 4.58*10^-4 4.02*10^-4 4.64*10^-4];
n=length(xi);
f=4154371348005165./1208925819614629174706176.*xi.^3 307872452451165./590295810358705651712.*xi.^2
971769044862535./36893488147419103232.*xi
4212074133985165./2361183241434822606848.;
x=0:1: 55;
F=4154371348005165./1208925819614629174706176.*x.^3 307872452451165./590295810358705651712.*x.^2
971769044862535./36893488147419103232.*x
4212074133985165./2361183241434822606848.;
fy=abs(f-y);
fy2=fy.^2;
Ew=max(fy), E1=sum(fy)/n, E2=sqrt((sum(fy2))/n)
plot(xi,y,'r*'), hold , plot(x,F,'b-'), hold ;
legend('数据点(xi,yi)','拟合曲线y=f(x)');
xlabel('x'), ylabel('y'), title('数据点(xi,yi)和拟合曲线y=f(x)的图形') 如图 - + + - + +
最大误差Ew =4.2438e-005
平均误差E1 =9.1046e-006
均方根误差
E2=1.4672e-005
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