0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Nonlinear Least Squares Fitting

المؤلف:  Bates, D. M. and Watts, D. G.

المصدر:  Nonlinear Regression and Its Applications. New York: Wiley, 1988.

الجزء والصفحة:  ...

30-3-2021

2151

+

-

20

Nonlinear Least Squares Fitting

Given a function f(x) of a variable x tabulated at m values y_1=f(x_1), ..., y_m=f(x_m), assume the function is of known analytic form depending on n parameters f(x;lambda_1,...,lambda_n), and consider the overdetermined set of m equations

y_1 = f(x_1;lambda_1,lambda_2,...,lambda_n)

(1)

y_m = f(x_m;lambda_1,lambda_2,...,lambda_n).

(2)

We desire to solve these equations to obtain the values lambda_1, ..., lambda_n which best satisfy this system of equations. Pick an initial guess for the lambda_i and then define

 dbeta_i=y_i-f(x_i;lambda_1,...,lambda_n).

(3)

Now obtain a linearized estimate for the changes dlambda_i needed to reduce dbeta_i to 0,

 dbeta_i=sum_(j=1)^n(partialf)/(partiallambda_j)dlambda_j|_(x_i,lambda)

(4)

for i=1, ..., m, where lambda=(lambda_1,...,lambda_n). This can be written in component form as

 dbeta_i=A_(ij)dlambda_j,

(5)

where A is the m×n matrix

 A_(ij)=[(partialf)/(partiallambda_1)|_(x_1,lambda) ... (partialf)/(partiallambda_n)|_(x_1,lambda); (partialf)/(partiallambda_1)|_(x_2,lambda) ... (partialf)/(partiallambda_n)|_(x_2,lambda); | ... |; (partialf)/(partiallambda_1)|_(x_m,lambda) ... (partialf)/(partiallambda_n)|_(x_m,lambda)].

(6)

In more concise matrix form,

 dbeta=Adlambda,

(7)

where dbeta is an m-vector and dlambda is an n-vector.

Applying the transpose of A to both sides gives

 A^(T)dbeta=(A^(T)A)dlambda.

(8)

Defining

a = A^(T)A

(9)

b = A^(T)dbeta

(10)

in terms of the known quantities A and dbeta then gives the matrix equation

 adlambda=b,

(11)

which can be solved for dlambda using standard matrix techniques such as Gaussian elimination. This offset is then applied to lambda and a new dbeta is calculated. By iteratively applying this procedure until the elements of dlambda become smaller than some prescribed limit, a solution is obtained. Note that the procedure may not converge very well for some functions and also that convergence is often greatly improved by picking initial values close to the best-fit value. The sum of square residuals is given by R^2=dbeta·dbeta after the final iteration.

NonlinearLeastSquares

An example of a nonlinear least squares fit to a noisy Gaussian function

 f(x;A,x_0,sigma)=Ae^(-(x-x_0)^2/(2sigma^2))

(12)

is shown above, where the thin solid curve is the initial guess, the dotted curves are intermediate iterations, and the heavy solid curve is the fit to which the solution converges. The actual parameters are (A,x_0,sigma)=(1,20,5), the initial guess was (0.8, 15, 4), and the converged values are (1.03105, 20.1369, 4.86022), with R^2=0.148461. The partial derivatives used to construct the matrix A are

(partialf)/(partialA) = e^(-(x-x_0)^2/(2sigma^2))

(13)

(partialf)/(partialx_0) = (A(x-x_0))/(sigma^2)e^(-(x-x_0)^2/(2sigma^2))

(14)

(partialf)/(partialsigma) = (A(x-x_0)^2)/(sigma^3)e^(-(x-x_0)^2/(2sigma^2)).

(15)

The technique could obviously be generalized to multiple Gaussians, to include slopes, etc., although the convergence properties generally worsen as the number of free parameters is increased.

An analogous technique can be used to solve an overdetermined set of equations. This problem might, for example, arise when solving for the best-fit Euler angles corresponding to a noisy rotation matrix, in which case there are three unknown angles, but nine correlated matrix elements. In such a case, write the n different functions as f_i(lambda_1,...,lambda_n) for i=1, ..., n, call their actual values y_i, and define

 A=[(partialf_1)/(partiallambda_1)|_(lambda_i) (partialf_1)/(partiallambda_2)|_(lambda_i) ... (partialf_1)/(partiallambda_n)|_(lambda_i); | | ... |; (partialf_m)/(partiallambda_1)|_(lambda_i) (partialf_m)/(partiallambda_2)|_(lambda_i) ... (partialf_m)/(partiallambda_n)|_(lambda_i)],

(16)

and

 dbeta=y-f_i(lambda_1,...,lambda_n),

(17)

where lambda_i are the numerical values obtained after the ith iteration. Again, set up the equations as

 Adlambda=dbeta,

(18)

and proceed exactly as before.


REFERENCES:

Bates, D. M. and Watts, D. G. Nonlinear Regression and Its Applications. New York: Wiley, 1988.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد