線性方程組的型別及求解(二)(備份草稿)

2021-10-01 04:28:50 字數 1369 閱讀 5772

續《線性方程組的型別及求解》(一)。接著,我們再來複習一下不相容線性方程組(超定方程組)的解法。

五. 最小二乘解法

當方程組不相容時,我們可以尋求次佳(next-best)解。

模型將原不相容方程組 ax\neq b 轉換為正規方程組 atax=atb 。

首先構造原不相容方程組的最小二乘解 argmin_|ax-b|_2^2 ,從而將原問題轉換為求殘差二範數最小的優化問題(注意此處用 argmin 是因為即便在 f(x) 後帶上常數,但關心的最小值點不變,二如果使用 min 則會改變最小值); 再令 f(x)=(ax-b)^t(ax-b) (這是技巧,對於矩陣,要構造「平方」則用轉置來乘),展開得 f(x)=xtatax-2btax+btb (注意化簡過程中, (btax)t=xtatb ,因為等式兩邊結果都是乙個數); 接著對上式求梯度 f』(x)=(xtatax-2btax+btb)』=2atax-2atb=0 (技巧:模擬代數 f』(x)=(\fracax^2-bx)』=ax-b ,對於矩陣情形 gradf(x)=(\fracxtax-btx)』=ax-b )。 最後得到原不相容(超定)方程的正規方程形式: atax=atb 。 該模型的價值在於可以直接根據具體問題寫出最終的求解形式,參見ppt14的第14頁。

定理不相容方程的最小二乘解總是存在的。

證明:ppt14的第18頁。

應用場景

在統計學中,根據實驗樣本進行資料擬合時往往會求解超定方程。在許多實際問題中,由於變數和變數之間的關係比較複雜,需要考慮問題背景所涉及的數學模型,觀察資料散點的分布,選取不同函式做實驗,以獲得比較成功的資料擬合。下面介紹集中擬合函式:

(1) y(x)=c_0+c_1 x

(2) y(x)=c_0+c_1x+…+c_nx^n

(3) y(x)=c_0\varphi_0(x)+c_1\varphi_1(x)+…+c_n\varphi_n(x)

(4) y(x)=c_0e^ (線性化處理後為 \ln y(x)=\ln c_0+c_1\ln x )

ppt14的例題1

(5) y(x)=x^c

ppt14的例題2

最小二乘法與插值法有著類似的作用,但其之間也存在著一些本質的差別,插值法的相關知識可以在《機器學習數學基礎》中查閱。

六. 廣義逆解法

2.2.2 簡單性質

2.2.3 範數的等價

2.2.4 範數的相容

2.3 運算元範數

2.3.1 定義

2.3.2 簡單性質

2.3.3 常用運算元範數

2.3.4 廣義運算元範數

2.4 酉不變範數

2.4.1 定義

2.4.2 例子

參考資料

《矩陣理論》(黃延祝 鐘守銘,高等教育出版社,2003)

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