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

85496. SAP система, как инструмент повышения эффективности малого бизнеса (на примере ООО «Аист») 1.55 MB
  Цели и задачи дипломной работы. Целью прохождения дипломной практики является изучение и анализ бизнес-процессов компании ООО «Аист», а так же внедрение информационной системы и ее адаптация. Исходя из целей практики, можно выделить следующие задачи: Рассмотрение структуры и специфики компании ООО «Аист»...
85497. Система электроснабжения КЦ №2 4.13 MB
  Реле косвенного действия воздействуют на отключение и включение выключателей с помощью специальных электромагнитов питаемых от сети постоянного или переменного тока называемого оперативным.
85498. Направления снижения себестоимости продукции предприятия 740 KB
  Целью дипломной работы является поиск возможных путей снижения себестоимости на основании теоретических исследований проблемы и анализа ее состояния на ООО «Газосиликат». Практическая ценность данной дипломной работы заключается в том, что при применении приведенных в ней мероприятий...
85500. Разработка предложений по выполнению творческих проектов ученикам 7-го класса 3.3 MB
  Цель: разработка рекомендаций учителю технологии по организации выполнения творческих проектов школьников. Задачи: Изучить особенности реализации метода творческих проектов в общеобразовательной средней школе Исследовать особенности подготовки творческих проектов к защите их олимпиаде по технологии...
85501. Разработка математической модели влияния структуры налогов на деятельность частных предприятий 926.5 KB
  Предприятия в рыночной экономике. Предприятие как самостоятельная хозяйственная единица владеет правами юридического лица то есть оно имеет право свободного распоряжения имуществом получать кредит входить в договорные отношения с другими предприятиями.
85502. Электроснабжение горного предприятия ЗАО «Запорожский железорудный комбинат» (ЗАО «ЗЖРК») 507.66 KB
  В рудничное комплексное распределительное устройство КРУРН6 рудничные комплектные трансформаторные подстанции серии ТСВП ряд рудничных комплексных станций управления электроприводами механизированных комплексов очистных и подготовленных забоев рудничные автоматические...
85504. ОСОБЕННОСТИ ТАКТИКИ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ И ПОСЛЕДУЮЩИХ СЛЕДСТВ СЛЕДСТВЕННЫХ ДЕЙСТВИЙ 128.03 KB
  Исходя из этого можно сделать вывод о том что кражи чужого имущества являются самыми распространенными деяниями из всех преступлений совершаемых на территории Тюменской области. Чаще всего встречаются кражи из квартир дач гаражей и других помещений принадлежащих отдельным гражданам кражи личных вещей на вокзалах и в поездах и т. Способы совершения краж весьма разнообразны: кражи государственного или общественного либо личного имущества граждан из помещений; кражи личного имущества граждан не связанные с проникновением в помещение...