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
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
“用户旅程分析”概念 用户旅程图又叫做用户体验地图,它是用于描述用户在与产品或服务互动的过程中所经历的各个阶段、触点和情 ...
2025-01-22在竞争激烈的商业世界中,竞品分析对于企业的发展至关重要。今天,我们就来详细聊聊数据分析师写竞品分析的那些事儿。 一、明确 ...
2025-01-22在数据分析领域,Excel作为一种普及率极高且功能强大的工具,无疑为无数专业人士提供了便捷的解决方案。尽管Excel自带了丰富的功 ...
2025-01-17在这个瞬息万变的时代,许多人都在寻找能让他们脱颖而出的职业。而数据分析师,作为大数据和人工智能时代的热门职业,自然吸引了 ...
2025-01-14Python作为一门功能强大的编程语言,已经成为数据分析和可视化领域的重要工具。无论你是数据分析的新手,还是经验丰富的专业人士 ...
2025-01-10完全靠数据决策,真的靠谱吗? 最近几年,“数据驱动”成了商界最火的关键词之一,但靠数据就能走天下?其实不然!那些真正成功 ...
2025-01-09SparkSQL 结构化数据处理流程及原理是什么?Spark SQL 可以使用现有的Hive元存储、SerDes 和 UDF。它可以使用 JDBC/ODB ...
2025-01-09在如今这个信息爆炸的时代,数据已然成为企业的生命线。无论是科技公司还是传统行业,数据分析正在深刻地影响着商业决策以及未来 ...
2025-01-08“数据为王”相信大家都听说过。当前,数据信息不再仅仅是传递的媒介,它成为了驱动经济发展的新燃料。对于企业而言,数据指标体 ...
2025-01-07在职场中,当你遇到问题的时候,如果感到无从下手,或者抓不到重点,可能是因为你掌握的思维模型不够多。 一个好用的思维模型, ...
2025-01-06在现代企业中,数据分析师扮演着至关重要的角色。每天都有大量数据涌入,从社交媒体到交易平台,数据以空前的速度和规模生成。面 ...
2025-01-06在职场中,许多言辞并非表面意思那么简单,有时需要听懂背后的“潜台词”。尤其在数据分析的领域里,掌握常用术语就像掌握一门新 ...
2025-01-04在当今信息化社会,数据分析已成为各行各业的核心驱动力。它不仅仅是对数字进行整理与计算,而是在数据的海洋中探寻规律,从而指 ...
2025-01-03又到一年年终时,各位打工人也迎来了展示成果的关键时刻 —— 年终述职。一份出色的年终述职报告,不仅能全面呈现你的工作价值, ...
2025-01-03在竞争激烈的商业世界中,竞品分析对于企业的发展至关重要。今天,我们就来详细聊聊数据分析师写竞品分析的那些事儿。 一、明确 ...
2025-01-03在数据分析的江湖里,有两个阵营总是争论不休。一派信奉“大即是美”,认为数据越多越好;另一派坚守“小而精”,力挺质量胜于规 ...
2025-01-02数据分析是一个复杂且多维度的过程,从数据收集到分析结果应用,每一步都是对信息的提炼与升华。可视化分析结果,以图表的形式展 ...
2025-01-02在当今的数字化时代,数据分析师扮演着一个至关重要的角色。他们如同现代企业的“解密专家”,通过解析数据为企业提供决策支持。 ...
2025-01-02数据分析报告至关重要 一份高质量的数据分析报告不仅能够揭示数据背后的真相,还能为企业决策者提供有价值的洞察和建议。 年薪 ...
2024-12-31数据分析,听起来好像是技术大咖的专属技能,但其实是一项人人都能学会的职场硬核能力!今天,我们来聊聊数据分析的核心流程,拆 ...
2024-12-31