京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
最小二乘法,相信大家都不陌生,统计学中很是常见,而且其理论相对简单,用途也很广泛。今天小编就给大家具体介绍一下最小二乘法。
一、最小二乘概念
最小二乘,或者也可以叫做最小平方和,它目的就是通过最小化误差的平方和,使得拟合对象无限接近目标对象。也就意味着,最小二乘法可以用于对函数的拟合。
最小二乘法是勒让德( A. M. Legendre)于1805年在其著作《计算慧星轨道的新方法》中提出的。
在线性回归中,最小二乘法就是试图找到一条直线,使所有样本到直线的欧氏距离之和最小。更直观的解释:
假设有一条直线y=ax+b,要在这条直线上找到一点,距离(x0.y0)这个点的距离最短。如果用绝对值的方法寻找,也就是取min(|y−y0|+|x−x0|),由于绝对值最小为0.所以最小的情况就是x=x0或者y=y0处。
如果用平方和的方法寻找,就是取min(y−y0)2+(x−x0)2.可以看出该式是两点间距离公式,也就是距离的概念。那么最短的距离,就是点到直线的垂线。
二、最小二乘核心思想
最小二乘的主要思想就是求解未知参数,使得理论值与观测值之差(即误差,或者说残差)的平方和达到最小:
三、直线拟合/多元线性回归
求导计算最小值是通用解法,但矩阵法比代数法要简洁,且矩阵运算可以取代循环,所以现在很多书和机器学习库都是用的矩阵法来做最小二乘法。
故损失函数定义为:(系数1/2是为了简化计算添加的,求迹前和求迹后值不变)
应用矩阵迹的计算公式:
四、最小二乘法的适用场景
当样本量m很少,小于特征数n的时候,这时拟合方程是欠定的,需要使用LASSO。当m=n时,用方程组求解。当m>n时,拟合方程是超定的,可以使用最小二乘法。
但是同时最小二乘也具有局限性:
1.最小二乘法需要计算(XTX)−1逆矩阵,有可能逆矩阵不存在,这样就没有办法直接用最小二乘法。
2.如果是样本特征n非常的大的情况,计算逆矩阵是一个极为耗时的工作,甚至是不可行,通常不超过10000个特征。
3.若拟合函数不是线性的,则无法使用最小二乘法,这时就需要通过一些技巧转化为线性才能使用。
五、最小二乘实现
/* 最小二乘法的实现 C++版 命令行输入数据文件 最后输入x得到预测的y值 */ #include<iostream> #include<fstream> #include<vector> using namespace std; class LeastSquare { double b0, b1; public: LeastSquare(const vector<double>& x, const vector<double>& y) { double t1 = 0, t2 = 0, t3 = 0, t4 = 0; for (int i = 0; i<x.size(); ++i) { t1 += x[i] * x[i]; t2 += x[i]; t3 += x[i] * y[i]; t4 += y[i]; } b0 = (t1*t4 - t2*t3) / (t1*x.size() - t2*t2); // 求得 B0 b1 = (t3*x.size() - t2*t4) / (t1*x.size() - t2*t2); // 求得 B1 } double getY(const double x) const { return b0+b1*x; } void print() const { if (b1>=0) cout << "y = " << b0 << "+" << b1 << 'x' << "\n"; else cout << "y = " << b0 << "" << b1 << 'x' << "\n"; } }; int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 2) { cout << " data.txt don't exit " << endl; return -1; } else { vector<double> x; vector<double> y; int count = 1; ifstream in(argv[1]); for (double d; in >> d; count++) if (count % 2 == 1) x.push_back(d); else y.push_back(d); LeastSquare ls(x, y); ls.print(); cout << "Input x:\n"; double x0; while (cin >> x0) { cout << "y = " << ls.getY(x0) << endl; cout << "Input x:\n"; } } int endline; cin >> endline; }
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在实验检测、质量控制、科研验证等场景中,“方法验证”是确保检测/分析结果可靠、可复用的核心环节——无论是新开发的检测方法 ...
2026-03-04在数据分析、科研实验、办公统计等场景中,我们常常需要对比两组数据的整体差异——比如两种营销策略的销售额差异、两种实验方案 ...
2026-03-04在数字化转型进入深水区的今天,企业对数据的依赖程度日益加深,而数据治理体系则是企业实现数据规范化、高质量化、价值化的核心 ...
2026-03-04在深度学习,尤其是卷积神经网络(CNN)的实操中,转置卷积(Transposed Convolution)是一个高频应用的操作——它核心用于实现 ...
2026-03-03在日常办公、数据分析、金融理财、科研统计等场景中,我们经常需要计算“平均值”来概括一组数据的整体水平——比如计算月度平均 ...
2026-03-03在数字化转型的浪潮中,数据已成为企业最核心的战略资产,而数据治理则是激活这份资产价值的前提——没有规范、高质量的数据治理 ...
2026-03-03在Excel办公中,数据透视表是汇总、分析繁杂数据的核心工具,我们常常通过它快速得到销售额汇总、人员统计、业绩分析等关键结果 ...
2026-03-02在日常办公和数据分析中,我们常常需要探究两个或多个数据之间的关联关系——比如销售额与广告投入是否正相关、员工出勤率与绩效 ...
2026-03-02在数字化运营中,时间序列数据是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师最常接触的数据类型之一——每日的营收、每小时的用户 ...
2026-03-02在日常办公中,数据透视表是Excel、WPS等表格工具中最常用的数据分析利器——它能快速汇总繁杂数据、挖掘数据关联、生成直观报表 ...
2026-02-28有限元法(Finite Element Method, FEM)作为工程数值模拟的核心工具,已广泛应用于机械制造、航空航天、土木工程、生物医学等多 ...
2026-02-28在数字化时代,“以用户为中心”已成为企业运营的核心逻辑,而用户画像则是企业读懂用户、精准服务用户的关键载体。CDA(Certifi ...
2026-02-28在Python面向对象编程(OOP)中,类方法是构建模块化、可复用代码的核心载体,也是实现封装、继承、多态特性的关键工具。无论是 ...
2026-02-27在MySQL数据库优化中,索引是提升查询效率的核心手段—— 面对千万级、亿级数据量,合理创建索引能将查询时间从秒级压缩到毫秒级 ...
2026-02-27在数字化时代,企业积累的海量数据如同散落的珍珠,若缺乏有效的梳理与分类,终将难以发挥实际价值。CDA(Certified Data Analys ...
2026-02-27在问卷调研中,我们常遇到这样的场景:针对同一批调查对象,在不同时间点(如干预前、干预后、随访期)发放相同或相似的问卷,收 ...
2026-02-26在销售管理的实操场景中,“销售机会”是核心抓手—— 从潜在客户接触到最终成交,每一个环节都藏着业绩增长的关键,也暗藏着客 ...
2026-02-26在CDA数据分析师的日常工作中,数据提取、整理、加工是所有分析工作的起点,而“创建表”与“创建视图”,则是数据库操作中最基 ...
2026-02-26在机器学习分析、数据决策的全流程中,“数据质量决定分析价值”早已成为行业共识—— 正如我们此前在运用机器学习进行分析时强 ...
2026-02-25在数字化时代,数据已成为企业决策、行业升级的核心资产,但海量杂乱的原始数据本身不具备价值—— 只有通过科学的分析方法,挖 ...
2026-02-25