546

Исследование работы метода наименьших квадратов в математическом пакете MathLab

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Познакомиться с средствами MathLab и смоделировать работу метода наименьших квадратов для полиномиальной модели для объекта с высоким уровнем помехи. Метод наименьших квадратов обеспечивает быстрый и точный подбор коэффициентов модели на базе выборки входов и выходов объекта.

Русский

2013-01-06

101.5 KB

56 чел.

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт космических и информационных технологий

Кафедра информационных систем

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

«Исследование работы метода наименьших квадратов в математическом пакете MathLab»

Преподаватель

    Е.Д. Агафонов.

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент        КИ09-08          030900146          20.03.2012            О.В.Пен

                           номер группы    номер зачетной книжки                       дата                 инициалы, фамилия

Красноярск 2012


Цель работы: познакомиться с средствами Mathlab и смоделировать работу метода наименьших квадратов для полиномиальной модели для объекта с высоким уровнем помехи.

Краткие теоретические сведения

Метод наименьших квадратов обеспечивает быстрый и точный подбор коэффициентов модели на базе выборки входов и выходов объекта. Имеется некий объект, заданный следующим уравнением:

х(u1, u2,…,un) =a0+ a1*f(u1)+a2*f(u2)+…+an*f(un)                  (1)

В таком случае его модель примет следующий вид

 у(u1,…, un) = α0 + α1*f(u1) + α2*f(u2) + αn*f(un)                (2)

В случае представления вектора коэффициентов а и вектора функций в виде матриц, уравнение приобретает следующий вид:

         у(u1,…, un) = αT * φ(u)                                                               (3)

Пусть матрица функции φ(u) = Ф, матрица выходов  - Н, тогда:

Н = Ф* α     (4)

НФТ = ФТФ α  (5)

Тогда можно найти коэффициенты α модели:

α = (ФТФ)-1ФТН   (6)

В дальнейшем, сравнивая квадрат разности между выходами объекта и модели, получившимися при подстановке коэффициентов α в исходный полином, мы получим ошибку работы метода.

Листинг программы

  1.  Область генерации случайного входа

close all

n=100;

u1 = 100*rand(n,1);

u2 = 100*rand(n,1);

k1 = 2; k2 = 3; k3 = 4; k4 = 5; k5 = 6; k6 = 7;

x = k1*u1.^2 + k2*u2.^2 + k3*u1 + k4*u2 + k5*u1.*u2 + k6 + normrnd(0,10000,n,1);

h = x;

phi1 = ones(n,1);

  2. Область генерации матрицы Ф

F = [u1.^2 u2.^2 u1 u2 u1.*u2 phi1];

  3. Область нахождения коэффициентов модели и построения выхода модели

a = (F'*F)^(-1)*F'*h

y = a(1)*u1.^2 + a(2)*u2.^2  + a(3)*u1 + a(4)*u2 + a(5)*u1.*u2 + a(6);

  4. Область нахождения ошибки

nevyazka = y-x;

nevyazka2 = nevyazka.^2;

oshibka = sum(nevyazka2)/n;

    5. Область рисования графика

[u1_, u2_] = meshgrid(0:1:100, 0:1:100);

y_ = a(1)*u1_.^2 + a(2)*u2_.^2  + a(3)*u1_ + a(4)*u2_ + a(5)*u1_.*u2_ + a(6);

 

mesh(u1_,u2_,y_);

hold on

plot3(u1,u2,x,'.');

Результаты работы программы

Рисунок 1 График модели (радужный) и объекта (точки) для высокого уровня дисперсии

Как видно, модель не полностью отвечает объекту (рис.1). Это обусловлено высоким уровнем дисперсии помехи, заявленным в программе. Понижение уровня дисперсии ведет к более точному совпадению модели и объекта (рис.2).

Рисунок  2 График модели и объекта для низкого уровня дисперсии.

Вывод

Как можно заметить исходя из графиков, уровень дисперсии помехи значительно влияет на точность модели при использовании метода наименьших квадратов. Средства MathLab позволяют построить быструю и точную модель при использовании сравнительно малого объема кода, кроме того, имеется возможность проиллюстрировать работу программы при использовании высокоуровневых 3D-графиков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32682. Шляхи енергозбереження в навчальному закладі та вдома 358.5 KB
  Проблема енергозбереження для України є однією з найважливіших. Це пов’язане з тим, що енергетика України найбільш енерговитратна у світі. А в умовах переходу економіки на ринкові відносини та входження до світового економічного простору, в умовах гострої економічної кризи
32683. Аптечне виготовлення косметичних кремів 355 KB
  Клінічна (лікарська) косметологія зазвичай має справу з окремими випадками, що нерідко вимагають грунтовного вивчення лікарем-косметологом фізіологічного стану пацієнта, у звязку з чим існує необхідність індивідуального підходу до рецептури деяких косметичних препаратів.
32684. ИНФОРМАТИКА В 11 КЛАССЕ. КОНСПЕКТЫ УРОКОВ 5.49 MB
  Пособие содержит проекты уроков, описывающие цели обучения, тип урока, требования к знаниям и умениям учащихся, а также ссылки на программное и методическое обеспечение урока. Методические рекомендации к уроку содержат описание его этапов с указанием методов обучения и форм организации познавательной деятельности учащихся.
32685. Особливості впливу послуг на рівень сервісу в готелі «Формула-Плюс» 930.5 KB
  Тенденції сучасного економічного розвитку характеризуються динамізмом зовнішнього середовища, загостренням конкурентної боротьби та змінами у площині потреб і мотивацій споживачів. Ринки стають все більш динамічними...
32686. Приемы экономического анализа 88.5 KB
  Экономический анализ широко используется для оценки финансовой деятельности предприятия как всемирно признанный инструмент обоснования хозяйственных решений в современных условиях. Экономический анализ предусматривает применение способов и приемов
32687. Прогноз развития производства молока в СПК «Нива» Уренского района Нижегородской области 357 KB
  Цель настоящего исследования – на основании нормативных, законодательных материалов, научной и специальной литературы, изучить проблему планирования на предприятии, а в частности, рассчитать и проанализировать прогноз развития производства молока.
32688. История развития аудита 194.5 KB
  История развития аудита достаточно длинная и интересная. Впервые учет появляется еще в 5 тысячелетии до нашей эры. Тогда появляется своеобразная система учетов фактов всей хозяйственной жизни людей. Естественно, аудит тогда только зарождался, и учет проводился на примитивном уровне, но при этом он уже существовал.
32689. Проектування стрілочного переводу 1.16 MB
  проекті було виконано розрахунок вантажообороту та вагоноообороту та побудовані діаграми добового вантажообороту та вагонообороту; визначено розміри руху і розкладання передаточних потягів, розраховано норми часу на розформування та формування потягів, та час ходу потягів та маневрових пересувань
32690. Технології. Всі визначення для уроків 1.07 MB
  Аналіз існуючих виробів та визначення завдань проекту. Аналіз та компонування інформації для проекту. Загальні відомості про дизайн. Стадії дизайну об’єктів технологічної діяльності. Технологія створення дизайн-проекту.