最小二乗曲線フィッティング
データのセットが与えられた場合、このデータのセットに対してカーブ フィッティングを実行したいと考えます。
当てはめる曲線方程式が y=a0 + a1*x^1 + a2*x^2 + a3*x^3 + ...+ an*x^n であるとします。
ｘ ｙ
0.995119 -7.620000
2.001185 -2.460000
2.999068 108.760000
4.001035 625.020000
4.999859 2170.500000
6.004461 5814.580000
6.999335 13191.840000
7.999433 26622.060000
9.002257 49230.220000
10.003888 85066.500000
11.004076 139226.280000
12.001602 217970.140000
13.003390 328843.860000
14.001623 480798.420000
15.003034 684310.000000
16.002561 951499.980000
17.003010 1296254.940000
18.003897 1734346.660000
19.002563 2283552.120000
20.003530 2963773.500000コードは以下のように表示されます。
#include "stdio.h" #include "stdlib.h" #include "math.h" #include <time.h> #define ParaBuffer(Buffer,Row,Col) (*(Buffer + (Row) * (SizeSrc + 1) + (Col))) /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int GetXY(const char* FileName, double* X, double* Y, int* Amount) { FILE* File = fopen(FileName, "r"); if (!File) return -1; for (*Amount = 0; !feof(File); X++, Y++, (*Amount)++) if (2 != fscanf(File, (const char*)"%lf %lf", X, Y)) break; fclose(File); return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int PrintPara(double* Para, int SizeSrc) { int i, j; for (i = 0; i < SizeSrc; i++) { for (j = 0; j <= SizeSrc; j++) printf("%10.6lf ", ParaBuffer(Para, i, j)); printf("\r\n"); } printf("\r\n"); return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParalimitRow(double* Para, int SizeSrc, int Row) { int i; double Max, Min, Temp; for (Max = abs(ParaBuffer(Para, Row, 0)), Min = Max, i = SizeSrc; i; i--) { Temp = abs(ParaBuffer(Para, Row, i)); if (Max < Temp) Max = Temp; if (Min > Temp) Min = Temp; } Max = (Max + Min) * 0.000005; for (i = SizeSrc; i >= 0; i--) ParaBuffer(Para, Row, i) /= Max; return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int Paralimit(double* Para, int SizeSrc) { int i; for (i = 0; i < SizeSrc; i++) if (ParalimitRow(Para, SizeSrc, i)) return -1; return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParaPreDealA(double* Para, int SizeSrc, int Size) { int i, j; for (Size -= 1, i = 0; i < Size; i++) { for (j = 0; j < Size; j++) ParaBuffer(Para, i, j) = ParaBuffer(Para, i, j) * ParaBuffer(Para, Size, Size) - ParaBuffer(Para, Size, j) * ParaBuffer(Para, i, Size); ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) = ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) * ParaBuffer(Para, Size, Size) - ParaBuffer(Para, Size, SizeSrc) * ParaBuffer(Para, i, Size); ParaBuffer(Para, i, Size) = 0; ParalimitRow(Para, SizeSrc, i); } return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParaDealA(double* Para, int SizeSrc) { int i; for (i = SizeSrc; i; i--) if (ParaPreDealA(Para, SizeSrc, i)) return -1; return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParaPreDealB(double* Para, int SizeSrc, int OffSet) { int i, j; for (i = OffSet + 1; i < SizeSrc; i++) { for (j = OffSet + 1; j <= i; j++) ParaBuffer(Para, i, j) *= ParaBuffer(Para, OffSet, OffSet); ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) = ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) * ParaBuffer(Para, OffSet, OffSet) - ParaBuffer(Para, i, OffSet) * ParaBuffer(Para, OffSet, SizeSrc); ParaBuffer(Para, i, OffSet) = 0; ParalimitRow(Para, SizeSrc, i); } return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParaDealB(double* Para, int SizeSrc) { int i; for (i = 0; i < SizeSrc; i++) if (ParaPreDealB(Para, SizeSrc, i)) return -1; for (i = 0; i < SizeSrc; i++) { if (ParaBuffer(Para, i, i)) { ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) /= ParaBuffer(Para, i, i); ParaBuffer(Para, i, i) = 1.0; } } return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int ParaDeal(double* Para, int SizeSrc) { PrintPara(Para, SizeSrc); Paralimit(Para, SizeSrc); PrintPara(Para, SizeSrc); if (ParaDealA(Para, SizeSrc)) return -1; PrintPara(Para, SizeSrc); if (ParaDealB(Para, SizeSrc)) return -1; return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ static int GetParaBuffer(double* Para, const double* X, const double* Y, int Amount, int SizeSrc) { int i, j; for (i = 0; i < SizeSrc; i++) for (ParaBuffer(Para, 0, i) = 0, j = 0; j < Amount; j++) ParaBuffer(Para, 0, i) += pow(*(X + j), 2 * (SizeSrc - 1) - i); for (i = 1; i < SizeSrc; i++) for (ParaBuffer(Para, i, SizeSrc - 1) = 0, j = 0; j < Amount; j++) ParaBuffer(Para, i, SizeSrc - 1) += pow(*(X + j), SizeSrc - 1 - i); for (i = 0; i < SizeSrc; i++) for (ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) = 0, j = 0; j < Amount; j++) ParaBuffer(Para, i, SizeSrc) += (*(Y + j)) * pow(*(X + j), SizeSrc - 1 - i); for (i = 1; i < SizeSrc; i++) for (j = 0; j < SizeSrc - 1; j++) ParaBuffer(Para, i, j) = ParaBuffer(Para, i - 1, j + 1); return 0; } //*********************************************************************************** //*********************************************************************************** int Cal(const double* BufferX, const double* BufferY, int Amount, int SizeSrc, double* ParaResK) { double* ParaK = (double*)malloc(SizeSrc * (SizeSrc + 1) * sizeof(double)); GetParaBuffer(ParaK, BufferX, BufferY, Amount, SizeSrc); ParaDeal(ParaK, SizeSrc); for (Amount = 0; Amount < SizeSrc; Amount++, ParaResK++) *ParaResK = ParaBuffer(ParaK, Amount, SizeSrc); free(ParaK); return 0; } /*********************************************************************************** ***********************************************************************************/ int main(int argc, char* argv[]) { int Amount; clock_t StartTime, FinishTime; // 声明两个时间变量 double DiffTime; StartTime = clock(); // 开始计时 double BufferX[1024], BufferY[1024], ParaK[6]; // 5次拟合, 一共6个系数(包含常数项) // 读入要拟合的数据 if (GetXY((const char*)"test.txt", (double*)BufferX, (double*)BufferY, &Amount)) return 0; printf("Amount: %d\n", Amount); Cal((const double*)BufferX, (const double*)BufferY, Amount, sizeof(ParaK) / sizeof(double), (double*)ParaK); printf("拟合系数为:\n"); printf("按升序排列\n"); for (Amount = 0; Amount < sizeof(ParaK) / sizeof(double); Amount++) printf("ParaK[%d] = %lf\r\n", Amount, ParaK[Amount]); FinishTime = clock(); // 结束计时 DiffTime = FinishTime - StartTime; //拟合时间 printf("拟合时间为: %lf\n", DiffTime); return 0; }出力は次のとおりです。
数量: 20
フィッティング係数は
次のとおりです。昇順
ParaK[0] = 0.999157
ParaK[1] = -1.450258
ParaK[2] = -0.529332
ParaK[3] = 0.236626
ParaK[4] = 6.725930
ParaK[5] = -18.544115
フィッティング時間: 9.000000ミリ秒
MATLAB コード:
test.txt ファイルは上記の x、y ベクトルです
load test.txt; x = test(:, 1)'; y = test(:, 2)'; para = polyfit(x, y, 5) figure, plot(x,y,'b.') hold on plot(x,y,'r-')Matlab のフィット係数 (降順):
for = 0.9992 -1.4503 -0.5293 0.2366 6.7259 -18.5441
Matlab フィッティング曲線の結果グラフ:
