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【原创】请教关于最小二乘法的部分问题

  • 智慧的弟弟
    2009/11/15
  • 私聊

数据处理

  • 当被测量X的估计值是由实验数据通过最小二乘法拟合的直线或曲线得到时,则任意预期的估计值,或拟合曲线参数的标准不确定度均可以利用已知的统计程序计算得到。
    一般说来,若寻求两个物理量X和Y之间的关系问题,且估计x和y之间有线性关系y=a+bx。对x和y,独立测定n组数据,其结果为(x1,y1)、…(xn,yn),且n>2.同时假定x测量不确定度远小于y的测量不确定度(即x的测量不确定度u(x)可以忽略不计),则可利用最小二乘法得到参数a,b(拟合直线方程的截距和斜率)以及他们的标准不确定度u(a)和u(b)。
    由于测定的yi存在误差,因而通常y≠a+bxi,于是y=a+bx的误差方程可以写为:

    v1=y1-(a+bx1)
    v2=y2-(a+bx2)

    vn=yn-(a+bxn)
    将以上各等式两边平方后相加,可得残差vi的平方和为


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  • 智慧的弟弟

    第1楼2009/11/15

    由于本人学的高等数学都还给大学数学老师了

    所以对以上存在两个疑问:



    1.为什么必须使式(1)中a和b的偏导数为零,才能使残差Vi的平方和达到最小?



    2.对式(2)和(3)的求解过程搞不懂,具体怎么来的?为什么两个不一样?



    求大家帮忙解答,谢谢!

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  • 老化验工

    第2楼2009/11/15

    解答:
    (1)残差应该对应于实验点到拟合直线上的“理论值”的差异(误差),如果所有实验点完全在拟合直线上,差异为零,实际当中不可能做到,但拟合的原则就是让所有实验点尽可能接近或落在拟合直线上,因而残差平方和应为零,数学处理上就是求极值的问题:一阶导数为零。
    (2)这是一个多项式求导和平均值代换的问题,用到的数学公式形式如下:

      式中涉及到加和的求导,其实也就是一个带指数的多项式求导问题。先把指数作系数乘在前面,再乘以指数减1次方后的函数,再对不带指数的u(a)或u(b)里边的a或b求导,联乘即可。
      注意,在求导时,xi和yi均视为常数。
      然后将∑xi和∑yi代换成平均值即可。

    独行的智慧(tanghuizhi01) 发表:由于本人学的高等数学都还给大学数学老师了

    所以对以上存在两个疑问:



    1.为什么必须使式(1)中a和b的偏导数为零,才能使残差Vi的平方和达到最小?



    2.对式(2)和(3)的求解过程搞不懂,具体怎么来的?为什么两个不一样?



    求大家帮忙解答,谢谢!

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  • 智慧的弟弟

    第3楼2009/11/15

    非常感谢zlhuang0132

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  • braliang

    第4楼2009/11/19

    回答具体而周到,还是很明白的

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