|
|
非线性曲线拟合是已知输入向量xdata和输出向量ydata,并且知道输入与输出的函数关系为ydata=F(x, xdata),但不知道系数向量x。今进行曲线拟合,求x使得输出的如下最小二乘表达式成立:. r; E: r$ H0 T. R
* Y, f$ h: s0 y( \+ m; l6 h
min Σ(F(x,xdatai)-ydatai)^2
- p& V7 O7 L4 k' u* [& ]4 T
, g' @# x/ B7 @6 _
% Z4 \) [6 N; ~$ ?4 k* a$ t5 s
9 ?$ S+ F* _! h: S函数 lsqcurvefit
! j! _) v9 i3 q8 K3 N+ b
: j2 R- Q0 Z! e! S格式 x= lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata)
* K% \4 P* {4 ~; ~& z) K
, f& ~* b% q! {6 tx = lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata,lb,ub)0 ]$ Q! m4 [4 |6 `
% ~0 \% y, v# [, Q* S6 q* M' v
x = lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata,lb,ub,options); R h- H# j% C- T2 {, M6 q
3 c2 C1 p: w0 y+ L6 K" n. _
[x,resnorm] = lsqcurvefit(…)
$ N. @1 Z% s$ W, h# U3 W
# L0 G4 L) ]/ C6 I) M+ o" W[x,resnorm,residual] = lsqcurvefit(…)
" } w5 t% e1 J* K; C. d- {. O+ K
[x,resnorm,residual,exitflag] =lsqcurvefit(…)
+ y% \/ j1 F1 [. Y& r3 M4 o) @; @$ [0 k' ~* q
[x,resnorm,residual,exitflag,output] =lsqcurvefit(…)
# ?6 n) K+ n) c& u Y% d
2 [) q, F8 L. ?6 v[x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda]= lsqcurvefit(…)
0 K5 ]# Z% Y" U# I3 {% M9 H4 N, m0 W" Y- R/ ?
[x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda,jacobian]=lsqcurvefit(…)
3 R& n6 Z- g3 m$ W; d0 c! K+ T, B& i! ^/ Y5 g+ e% @4 M
参数说明: _ p3 F6 D1 H. }# Z7 p- D' l
5 S) q3 r( b0 a! ?% k) W6 L
x0为初始解向量;xdata,ydata为满足关系ydata=F(x, xdata)的数据;; q6 g8 B+ C3 r# o0 { M4 ^! K
/ L0 R5 G/ @+ H# r) U+ u0 p" r5 y2 u. q: i
lb、ub为解向量的下界和上界lb≤x≤ub,若没有指定界,则lb=[ ],ub=[ ];
" o- J, g& t* h9 n5 C
) o0 i) r: C. l6 boptions为指定的优化参数;9 X# v9 O4 M1 z3 |
: O6 U$ y$ {3 M! i, gfun为待拟合函数,计算x处拟合函数值,其定义为 function F =myfun(x,xdata)
3 }3 V7 `; m- y1 [/ E3 Z# I; {- d" D/ B! s
resnorm=sum ((fun(x,xdata)-ydata).^2),即在x处残差的平方和;
3 m; C4 O5 P2 I1 v% j" x- V8 z1 r9 B( M0 U
residual=fun(x,xdata)-ydata,即在x处的残差;
3 m/ C1 i i5 r- s* i3 G& P; \# ^4 d0 H, |
exitflag为终止迭代的条件;: t% S3 T4 G) W5 m9 U
& n+ Y1 E- H% o7 t1 @2 S- P
output为输出的优化信息;) j* g) A& Y6 N7 M$ m
{+ s% t9 f, H* ^" h
lambda为解x处的Lagrange乘子;9 \- e( G* v6 I0 m
! d3 D7 ?, b4 D/ a
jacobian为解x处拟合函数fun的jacobian矩阵。
9 b% ~4 Z9 w- U' ?) x) D6 A/ e
# y1 ]8 ?" b+ Y" Q; Y% P # B- B, |1 g& h5 s) _$ l
* n3 N& |% N+ D8 [/ R5 O' R例 求解如下最小二乘非线性拟合问题
: y5 @8 d9 j" z& ^& Z" m6 U* L% Q, G" c; M
已知输入向量xdata和输出向量ydata,且长度都是n,待拟合函数的表达式为- O" W+ }- \! B0 O5 U0 E
' C; @: Z# b/ g0 K; @5 Qydata(i)=x(1)-xdata(i)^2+x(2)-sin(xdata(i))+x(3)-xdata^3/ F& f; m: e+ T D, [
- o' g! a7 @9 T n - [8 I6 F# Q3 V) e4 m2 S, k/ ^2 U
& y7 \" P3 g4 T7 G3 G& |4 ]即目标函数为min Σ(F(x,xdata(i))-ydata(i))^21 D% W5 a$ U! G
' D/ c8 @4 V$ c8 k/ o8 H e' a其中:F(x,xdata) = x(1)*xdata^2 +x(2)*sin(xdata) + x(3)*xdata^3
9 O# a; I& E; X
9 J( P$ X6 c3 s, }5 ?" a" f- C- H) q初始解向量为x0=[0.3, 0.4, 0.1],即表达式的 个参数[x(1),x(2),x(3)]。) \& U& T% C9 c9 I# g- [. m" t
4 b+ f2 e% n0 ~* e解:先建立拟合函数文件,并保存为myfun.m
0 r! b5 x3 m6 P1 t' D2 x6 `
/ n+ A0 B& |, C7 pfunction F = myfun(x,xdata)
% F- s0 b K, U8 I: M9 C
' _# J% W$ K+ r9 F5 G( YF = x(1)*xdata.^2 + x(2)*sin(xdata) +x(3)*xdata.^3;
) e7 _5 c, C/ w
, \# T- e5 q6 {8 Z$ I9 s- H; v5 t6 g然后给出数据xdata和ydata" C$ V& m( Z5 g. x* B. L0 L5 A" s
5 J" t9 I3 p( y5 ^
>>xdata = [3.6 7.7 9.3 4.1 8.6 2.81.3 7.9 10.0 5.4];8 x0 o( ~. B8 y* b* D
* t$ G% ?: v, C0 t
>>ydata = [16.5 150.6 263.1 24.7208.5 9.9 2.7 163.9 325.0 54.3];
, G2 Z2 d& u# ^$ o2 A. t, i0 Y1 W9 |, [( C( c: f) C
>>x0 = [10, 10, 10]; %初始估计值$ r1 q n" n7 t/ D
0 E+ c0 T/ R' F>>[x,resnorm] =lsqcurvefit(@myfun,x0,xdata,ydata)$ i- F4 f9 v+ |2 k' x' H
( U1 U: J+ {4 k
结果为:+ V: I3 H; L2 z6 j- u
" ]- w; V+ M; p( n2 l; Z" h0 aOptimization terminated successfully:
: j$ u- ]) n" M" |' x( P1 ?
8 q2 ]7 Y( ?; }( ?1 V& uRelative function value changing by lessthan OPTIONS.TolFun! u3 D1 Y# f$ G' J5 o
7 {* F5 k* e2 ~' o9 w8 [/ |x = 0.2269 0.3385 0.3021
+ x* o+ B) L% d. t, i
2 G' U, I8 T" Q3 a9 L; S=>即解出的系数最优估计值1 O5 C% k: g! Q2 S
6 i7 L5 ?! p) X0 o3 `resnorm = 6.2950
- S1 N& A. K s
& Z0 [7 _2 p; `7 N7 ^=>在x解值处的目标最小二乘表达式值。即所谓残差。 |
|