最小二乘法,相信大家都不陌生,统计学中很是常见,而且其理论相对简单,用途也很广泛。今天小编就给大家具体介绍一下最小二乘法。
一、最小二乘概念
最小二乘,或者也可以叫做最小平方和,它目的就是通过最小化误差的平方和,使得拟合对象无限接近目标对象。也就意味着,最小二乘法可以用于对函数的拟合。
最小二乘法是勒让德( A. M. Legendre)于1805年在其著作《计算慧星轨道的新方法》中提出的。
在线性回归中,最小二乘法就是试图找到一条直线,使所有样本到直线的欧氏距离之和最小。更直观的解释:
假设有一条直线y=ax+b,要在这条直线上找到一点,距离(x0.y0)这个点的距离最短。如果用绝对值的方法寻找,也就是取min(|y−y0|+|x−x0|),由于绝对值最小为0.所以最小的情况就是x=x0或者y=y0处。
如果用平方和的方法寻找,就是取min(y−y0)2+(x−x0)2.可以看出该式是两点间距离公式,也就是距离的概念。那么最短的距离,就是点到直线的垂线。
二、最小二乘核心思想
最小二乘的主要思想就是求解未知参数,使得理论值与观测值之差(即误差,或者说残差)的平方和达到最小:
三、直线拟合/多元线性回归
求导计算最小值是通用解法,但矩阵法比代数法要简洁,且矩阵运算可以取代循环,所以现在很多书和机器学习库都是用的矩阵法来做最小二乘法。
故损失函数定义为:(系数1/2是为了简化计算添加的,求迹前和求迹后值不变)
应用矩阵迹的计算公式:
四、最小二乘法的适用场景
当样本量m很少,小于特征数n的时候,这时拟合方程是欠定的,需要使用LASSO。当m=n时,用方程组求解。当m>n时,拟合方程是超定的,可以使用最小二乘法。
但是同时最小二乘也具有局限性:
1.最小二乘法需要计算(XTX)−1逆矩阵,有可能逆矩阵不存在,这样就没有办法直接用最小二乘法。
2.如果是样本特征n非常的大的情况,计算逆矩阵是一个极为耗时的工作,甚至是不可行,通常不超过10000个特征。
3.若拟合函数不是线性的,则无法使用最小二乘法,这时就需要通过一些技巧转化为线性才能使用。
五、最小二乘实现
/* 最小二乘法的实现 C++版 命令行输入数据文件 最后输入x得到预测的y值 */ #include<iostream> #include<fstream> #include<vector> using namespace std; class LeastSquare { double b0, b1; public: LeastSquare(const vector<double>& x, const vector<double>& y) { double t1 = 0, t2 = 0, t3 = 0, t4 = 0; for (int i = 0; i<x.size(); ++i) { t1 += x[i] * x[i]; t2 += x[i]; t3 += x[i] * y[i]; t4 += y[i]; } b0 = (t1*t4 - t2*t3) / (t1*x.size() - t2*t2); // 求得 B0 b1 = (t3*x.size() - t2*t4) / (t1*x.size() - t2*t2); // 求得 B1 } double getY(const double x) const { return b0+b1*x; } void print() const { if (b1>=0) cout << "y = " << b0 << "+" << b1 << 'x' << "\n"; else cout << "y = " << b0 << "" << b1 << 'x' << "\n"; } }; int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 2) { cout << " data.txt don't exit " << endl; return -1; } else { vector<double> x; vector<double> y; int count = 1; ifstream in(argv[1]); for (double d; in >> d; count++) if (count % 2 == 1) x.push_back(d); else y.push_back(d); LeastSquare ls(x, y); ls.print(); cout << "Input x:\n"; double x0; while (cin >> x0) { cout << "y = " << ls.getY(x0) << endl; cout << "Input x:\n"; } } int endline; cin >> endline; }
数据分析咨询请扫描二维码
在准备数据分析师面试时,掌握高频考题及其解答是应对面试的关键。为了帮助大家轻松上岸,以下是10个高频考题及其详细解析,外加 ...
2024-12-20互联网数据分析师是一个热门且综合性的职业,他们通过数据挖掘和分析,为企业的业务决策和运营优化提供强有力的支持。尤其在如今 ...
2024-12-20在现代商业环境中,数据分析师是不可或缺的角色。他们的工作不仅仅是对数据进行深入分析,更是协助企业从复杂的数据信息中提炼出 ...
2024-12-20随着大数据时代的到来,数据驱动的决策方式开始受到越来越多企业的青睐。近年来,数据分析在人力资源管理中正在扮演着至关重要的 ...
2024-12-20在数据分析的世界里,表面上的技术操作只是“入门票”,而真正的高手则需要打破一些“看不见的墙”。这些“隐形天花板”限制了数 ...
2024-12-19在数据分析领域,尽管行业前景广阔、岗位需求旺盛,但实际的工作难度却远超很多人的想象。很多新手初入数据分析岗位时,常常被各 ...
2024-12-19入门数据分析,许多人都会感到“难”,但这“难”究竟难在哪儿?对于新手而言,往往不是技术不行,而是思维方式、业务理解和实践 ...
2024-12-19在如今的行业动荡背景下,数据分析师的职业前景虽然面临一些挑战,但也充满了许多新的机会。随着技术的不断发展和多领域需求的提 ...
2024-12-19在信息爆炸的时代,数据分析师如同探险家,在浩瀚的数据海洋中寻觅有价值的宝藏。这不仅需要技术上的过硬实力,还需要一种艺术家 ...
2024-12-19在当今信息化社会,大数据已成为各行各业不可或缺的宝贵资源。大数据专业应运而生,旨在培养具备扎实理论基础和实践能力,能够应 ...
2024-12-19阿里P8、P9失业都找不到工作?是我们孤陋寡闻还是世界真的已经“癫”成这样了? 案例一:本硕都是 985,所学的专业也是当红专业 ...
2024-12-19CDA持证人Louis CDA持证人基本情况 我大学是在一个二线城市的一所普通二本院校读的,专业是旅游管理,非计算机非统计学。毕业之 ...
2024-12-18最近,知乎上有个很火的话题:“一个人为何会陷入社会底层”? 有人说,这个世界上只有一个分水岭,就是“羊水”;还有人说,一 ...
2024-12-18在这个数据驱动的时代,数据分析师的技能需求快速增长。掌握适当的编程语言不仅能增强分析能力,还能帮助分析师从海量数据中提取 ...
2024-12-17在当今信息爆炸的时代,数据分析已经成为许多行业中不可或缺的一部分。想要在这个领域脱颖而出,除了热情和毅力外,你还需要掌握 ...
2024-12-17数据分析,是一项通过科学方法处理数据以获取洞察并支持决策的艺术。无论是在商业环境中提升业绩,还是在科研领域推动创新,数据 ...
2024-12-17在数据分析领域,图表是我们表达数据故事的重要工具。它们不仅让数据变得更加直观,也帮助我们更好地理解数据中的趋势和模式。相 ...
2024-12-16在当今社会,我们身处着一个飞速发展、变化迅猛的时代。不同行业在科技进步、市场需求和政策支持的推动下蓬勃发展,呈现出令人瞩 ...
2024-12-16在现代商业世界中,数据分析师扮演着至关重要的角色。他们通过解析海量数据,为企业战略决策提供有力支持。要有效完成这项任务, ...
2024-12-16在当今数据爆炸的时代,数据分析师是组织中不可或缺的导航者。他们通过从大量数据中提取可操作的洞察力,帮助企业在竞争激烈的市 ...
2024-12-16