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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:
+ `4 B) D4 r" n" ^$ L9 C7 Y, K8 H" [# g) q! d3 {
min Σ(F(x,xdatai)-ydatai)^2
5 C! \: x! \9 F, }4 Q& i! j) y( U; x! y7 I# N9 `
( O6 H5 P/ ~$ o+ w
6 D; j% u- ]9 c* L/ d* S函数 lsqcurvefit7 R8 |2 a! C5 |* d" L, z
. {" d7 _! k/ o' |' }格式 x= lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata)
1 N% m5 M9 e7 \ T! N! p4 }: p( o* f- S3 ^
x = lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata,lb,ub)3 I+ n+ a, [: \6 X' O
8 `7 b# H$ Q0 p9 s3 G, Rx = lsqcurvefit(fun,x0,xdata,ydata,lb,ub,options)1 p! Z0 E+ C2 b; V% j5 I
# u( n% u1 A1 I9 G% k. t3 H[x,resnorm] = lsqcurvefit(…)
: W* b. ?2 g8 a
' C0 U5 O# A# L' a[x,resnorm,residual] = lsqcurvefit(…)! R/ k* f& K9 n- }% J4 i2 R
" e6 K! g4 A: ?# X
[x,resnorm,residual,exitflag] =lsqcurvefit(…)& U; T3 b( R* X; o
8 q8 c# h% f# L+ X
[x,resnorm,residual,exitflag,output] =lsqcurvefit(…)
% t8 Y3 l$ Y/ n" n/ |6 k ^& A' B0 ]$ Q
[x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda]= lsqcurvefit(…)
9 [- c* W0 H ]$ _3 H4 `9 s# F5 `& J- }, H" ~6 i9 ?! [ v4 f
[x,resnorm,residual,exitflag,output,lambda,jacobian]=lsqcurvefit(…)( d! U: |3 H8 F' Y o) _
- b9 c( Q' r1 U! A8 i- E6 `7 N
参数说明:" j; c4 I# h% K5 `3 X3 w& L
5 W- A0 u+ ~& N! v4 ], @x0为初始解向量;xdata,ydata为满足关系ydata=F(x, xdata)的数据;5 O: g9 S; V2 O$ T1 ?3 j# a/ x/ h! w
9 {; @3 J" W) o: ~3 l2 D: Qlb、ub为解向量的下界和上界lb≤x≤ub,若没有指定界,则lb=[ ],ub=[ ];
; j# M2 ^: v: n0 n& n$ m$ F5 v) H# d+ R$ k9 a) @- D
options为指定的优化参数;
! S& U/ O) Y. p; F. u: x8 S5 w1 `8 f: |; e7 r% U# {
fun为待拟合函数,计算x处拟合函数值,其定义为 function F =myfun(x,xdata)5 U% q& T8 C/ _8 g
: T+ f4 ~& I$ w. n0 w5 M: o3 ^
resnorm=sum ((fun(x,xdata)-ydata).^2),即在x处残差的平方和; H! r3 e* u% t6 @3 }
$ w; v1 O' g- ~& o9 c/ Kresidual=fun(x,xdata)-ydata,即在x处的残差;8 T4 m: g1 h9 ^7 M3 M; j
( \1 _6 U, {; [0 d5 a1 x# w
exitflag为终止迭代的条件;" F x3 }! q0 r' T
; J8 k0 m, X+ E0 N. }
output为输出的优化信息;
; n2 k, k) C6 m: f+ x- L) F e& t; n& {6 g* N* u
lambda为解x处的Lagrange乘子;+ ]+ v* A; v$ F+ N) @( h+ i
4 L5 S- d: e0 _9 Fjacobian为解x处拟合函数fun的jacobian矩阵。! X4 Q+ @. `/ f. V# {$ S$ a# w
! X5 t {0 q& T9 [
% {. P+ k( K, }- ~( f# J2 Q; I. F6 b c# s/ j/ L p
例 求解如下最小二乘非线性拟合问题
7 j! M& E! H) K" I. X
3 [6 T: H( ?6 h; F a- B; x9 h* E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
" q. [, T j$ K5 c, z
6 q' Q6 x; r3 Q$ f& Aydata(i)=x(1)-xdata(i)^2+x(2)-sin(xdata(i))+x(3)-xdata^3& Z' K% S* e" {2 s8 c
! ^. ~" z# T( }, }; }
3 q1 z8 S0 R- p4 r% C5 D6 W; M
$ W% W+ ^# j/ v0 {即目标函数为min Σ(F(x,xdata(i))-ydata(i))^2& _/ [4 C6 N5 `! w
1 x- s& H6 f/ k/ ~; b
其中:F(x,xdata) = x(1)*xdata^2 +x(2)*sin(xdata) + x(3)*xdata^30 Y6 m3 o0 b3 A5 }* @
. r2 B$ ^4 ?# @" Z3 c
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)]。
! Q/ i, D: Z7 Y, N; c3 |: u, G8 F; h( n
解:先建立拟合函数文件,并保存为myfun.m
* t4 t. G; H* I5 P9 E8 e
0 q% m) q$ q% g% Ofunction F = myfun(x,xdata)
, I9 t1 {% e3 @6 w+ S. ~* B) B6 x P! B) i- \
F = x(1)*xdata.^2 + x(2)*sin(xdata) +x(3)*xdata.^3;, t6 a5 R" ?) }: L) f
3 s9 W1 t4 @! L3 J6 N0 B; s
然后给出数据xdata和ydata+ d6 z) B+ P5 }5 @1 m6 F
( x( }( S. I% {" K+ L
>>xdata = [3.6 7.7 9.3 4.1 8.6 2.81.3 7.9 10.0 5.4];4 C0 A+ `9 p; q& K
7 H8 v& i2 w3 e+ W3 l$ c
>>ydata = [16.5 150.6 263.1 24.7208.5 9.9 2.7 163.9 325.0 54.3];8 A& S# _- Q4 W; y$ K5 t/ \* b# S
1 [, i: P( w7 V/ G# M2 ~$ `
>>x0 = [10, 10, 10]; %初始估计值% t! E! }' _; M; B& a9 n# c! g2 u
( n: p" @$ c! m% i- ^/ K; ~>>[x,resnorm] =lsqcurvefit(@myfun,x0,xdata,ydata): Z; S; Q$ P9 X" Z/ P# \: a0 K: [
P, K0 a: O- D4 T# M/ t `; k5 r c. Z结果为:# w c9 a5 K2 d* W
* s# g+ \# `# f2 m
Optimization terminated successfully:
/ e, c& a/ _6 N" c: q3 q$ i3 ?, k. U9 j/ `
Relative function value changing by lessthan OPTIONS.TolFun
% a9 _- c+ L, ]; r0 ^- g% T. c! }+ s. R/ q
x = 0.2269 0.3385 0.30216 p' c& ]8 J: U- E& @6 |& O1 [
5 T: |) @. q2 D=>即解出的系数最优估计值
; B$ D; S L$ ~
. i% \7 O1 L( H0 L9 N+ Iresnorm = 6.2950
" i9 O! e& _8 x8 F
7 h" C/ [, |7 c( j=>在x解值处的目标最小二乘表达式值。即所谓残差。 |
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