数学建模Matlab数据拟合详解
数据拟合 matlab
数据拟合 matlab
Matlab是一款强大的数据分析和建模工具，广泛应用于科学研究、工程设计和商业决策等领域。
在Matlab中，数据拟合是一项常见的任务，通过拟合数据可以找到数据中的规律和趋势，进而进行预测和分析。
数据拟合是指利用数学模型来描述和预测数据的方法。
在Matlab中，可以通过拟合工具箱中的函数来实现数据拟合，常用的拟合方法包括线性拟合、多项式拟合、指数拟合等。
用户可以根据数据的特点和需求选择合适的拟合方法，并通过调整参数来优化拟合效果。
通过Matlab进行数据拟合，可以帮助用户快速准确地分析数据，发现隐藏在数据背后的规律和信息。
拟合结果可以直观地展示数据的变化趋势，帮助用户做出科学决策和有效管理。
此外，Matlab还提供了丰富的可视化工具，可以将拟合结果以图表的形式直观展示，便于用户理解和分享。
在实际应用中，数据拟合常用于曲线拟合、数据预测、参数估计等领域。
例如，在工程设计中，可以通过拟合实验数据来优化产品设计；在金融分析中，可以通过拟合历史数据来预测未来走势。
数据拟合不仅可以提高工作效率，还可以减少人为误差，提高决策的科学性和准确性。
总的来说，Matlab作为一款专业的数据分析工具，具有强大的数据
拟合功能，可以帮助用户快速准确地分析数据，发现数据中的规律和趋势。
通过数据拟合，用户可以更好地理解数据，做出科学决策，推动科学研究和工程设计的发展。
希望本文能够帮助读者更好地了解Matlab的数据拟合功能，并在实际应用中取得更好的效果。
用MATLAB进行数据拟合
决策树拟合
01
决策树是一种监督学习算法，通过递归地将数据集划分为若干个子集来构建树 状结构。每个内部节点表示一个特征属性上的判断条件，每个分支代表一个可 能的属性值，每个叶子节点决策树在数据拟合方面通常用于分类问题，但也可以用于回归分析。通过剪枝 技术可以控制模型的复杂度并提高泛化能力。
多项式拟合
总结词
多项式拟合适用于描述具有复杂非线性关系 的数据，可以通过多项式函数来逼近数据点 。
详细描述
多项式拟合通过最小二乘法或其他优化算法 ，找到最佳的多项式参数，使得数据点与多 项式函数之间的误差平方和最小。常用的多 项式函数形式有多项式方程或样条插值等。
05
高级数据拟合方法
支持向量机拟合
数据来源与收集
文件
如CSV、Excel、TXT等。
API
如Google Analytics、Twitter API等。
数据来源与收集
数据收集
使用数据抓取工具从网页 上抓取数据。
使用SQL查询从数据库中 提取数据。
使用API调用从第三方服 务获取数据。
数据清洗与整理
数据清洗 删除重复记录。
填充缺失值。
多元线性拟合
总结词
多元线性拟合适用于多个自变量和一个因变量的线性关系。
详细描述
多元线性拟合通过最小二乘法原理，找到一个平面，使得所有数据点到这个平面的垂直距离之和最小 。在Matlab中，可以使用`fitlm`函数进行多元线性拟合。
线性回归分析
总结词
线性回归分析是一种统计方法，用于研 究因变量和自变量之间的线性关系。
04
特征提取
从原始数据中提取出与目标变量相关的特 征。
05
06
Matlab中的数据拟合与曲线拟合技巧
Matlab中的数据拟合与曲线拟合技巧在科学研究和工程应用中，数据拟合和曲线拟合是常见的任务。
Matlab作为一种强大的数值计算和数据分析工具，提供了丰富的函数和工具箱来进行数据拟合和曲线拟合。
本文将介绍一些常用的数据拟合和曲线拟合技巧，让读者能够更好地利用Matlab来处理自己的数据。
首先，我们来看一下最常用的数据拟合技术之一——多项式拟合。
Matlab提供了polyfit函数来进行多项式拟合。
这个函数接受两个输入参数：x和y，分别为要拟合的数据点的横坐标和纵坐标。
我们可以根据实际需求选择合适的多项式阶数，然后调用polyfit函数，即可得到拟合后的多项式系数。
可以使用polyval函数来根据多项式系数计算拟合后的y值。
这样，我们就可以在Matlab中方便地进行数据拟合和预测了。
除了多项式拟合，Matlab还提供了其他常见的数据拟合方法，如指数拟合、对数拟合和幂函数拟合等。
这些方法在Matlab中的实现也非常简单，大部分都可以通过调用相关函数实现。
对于指数拟合，可以使用fit函数和exp2fit函数来进行拟合。
对于对数拟合，可以使用fit函数和log2fit函数来进行拟合。
对于幂函数拟合，可以使用fit函数和powerfit函数来进行拟合。
这些函数的使用方法大体相同，都需要提供拟合的数据点x和y，然后调用相应的函数即可得到拟合后的结果。
另外，Matlab还提供了一些高级的数据拟合和曲线拟合方法，如非线性最小二乘拟合和样条插值拟合。
非线性最小二乘拟合是一种非常灵活的拟合方法，可以拟合各种非线性函数。
Matlab提供了lsqcurvefit函数来实现非线性最小二乘拟合。
这个函数需要提供一个函数句柄，表示要拟合的函数模型，然后根据拟合的数据点进行拟合。
通过修改函数模型和参数的初始值，可以得到不同的拟合结果。
样条插值拟合是一种光滑曲线的拟合方法，可以更好地拟合离散数据点。
Matlab提供了spline函数来进行样条插值拟合。
用MATLAB进行数据拟合
k1 e k2
式中, 表示应力, 单位是 N/m2; 表示应变.
已知应力-应变关系可以用一条指数曲线来描述, 即假设
k1 e k2
式中, 表示应力, 单位是 N/m2; 表示应变.
解 选取指数函数作拟合时, 在拟合前需作变量代换,
化为 k1, k2 的线性函数.
于是,
ln
ln k1 k2
y
+
+
+
+
+ (xi +i,yi)
+
+
y=f(x) +
x i 为点（xi,yi) 与曲线 y=f(x) 的距离
拟合与插值的关系
问题：给定一批数据点，需确定满足特定要求的曲线或曲面 解决方案： •若要求所求曲线（面）通过所给所有数据点，就是插值问题； •若不要求曲线（面）通过所有数据点，而是要求它反映对象 整体的变化趋势，这就是数据拟合，又称曲线拟合或曲面拟合。
线性最小二乘法的求解：预备知识
超定方程组：方程个数大于未知量个数的方程组
r11a1
r12a2
r1m am
y1
(n m)
rn1a1 rn2a2 rnmam yn
即 Ra=y
r11 r12 r1m
a1
y1
其中 R
,
a
,
y
rn1 rn2 rnm
am
yn
超定方程一般是不存在解的矛盾方程组。
函数插值与曲线拟合都是要根据一组数据构造一个函数作 为近似，由于近似的要求不同，二者的数学方法上是完全不同 的。
实例：下面数据是某次实验所得，希望得到X和 f之间的关系？
x1 2 4
在Matlab中进行数据拟合和曲线拟合的方法
在Matlab中进行数据拟合和曲线拟合的方法在科学研究或工程应用中，数据拟合和曲线拟合是常见的计算任务之一。
Matlab作为一种强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数，方便我们进行数据拟合和曲线拟合的操作。
本文将介绍在Matlab中进行数据拟合和曲线拟合的几种方法。
一、线性回归线性回归是最简单的数据拟合方法之一，常用于建立变量之间的线性关系模型。
在Matlab中，可以使用polyfit函数进行线性回归拟合。
该函数可以根据输入数据点的横纵坐标，拟合出一条直线，并返回直线的斜率和截距。
例如，以下代码演示了如何使用polyfit函数进行线性回归拟合：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 3, 4, 5, 6];coefficients = polyfit(x, y, 1);slope = coefficients(1);intercept = coefficients(2);```在上述代码中，数组x和y分别表示数据点的横纵坐标。
polyfit函数的第三个参数1表示拟合的直线为一阶多项式。
函数返回的coefficients是一个包含斜率和截距的数组，可以通过coefficients(1)和coefficients(2)获取。
二、多项式拟合在实际应用中，线性模型并不适用于所有情况。
有时，数据点之间的关系可能更复杂，需要使用更高阶的多项式模型来拟合。
Matlab中的polyfit函数同样支持多项式拟合。
我们可以通过调整多项式的阶数来拟合不同次数的曲线。
以下代码展示了如何使用polyfit函数进行二次多项式拟合：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 6, 10, 16, 24];coefficients = polyfit(x, y, 2);a = coefficients(1);b = coefficients(2);c = coefficients(3);```在上述代码中，polyfit的第三个参数2表示拟合的多项式为二阶。
使用Matlab进行数据拟合的方法
使用Matlab进行数据拟合的方法概述：数据拟合是数据分析中常用的一种技术，它通过找到适合特定数据集的数学模型，在给定数据范围内预测未知变量的值。
在科学研究、工程分析和金融建模等领域，数据拟合起到了至关重要的作用。
而Matlab作为一种强大的数值计算工具，提供了丰富的函数和工具箱来实现各种数据拟合方法。
本文将介绍几种常见的使用Matlab进行数据拟合的方法。
一、线性回归线性回归是一种基本的数据拟合方法，它用于建立自变量和因变量之间的线性关系。
Matlab中可以使用`polyfit`函数来实现线性拟合。
具体步骤如下：1. 导入数据集。
首先需要将数据集导入到Matlab中，可以使用`importdata`函数读取数据文件。
2. 根据自变量和因变量拟合一条直线。
使用`polyfit`函数来进行线性拟合，返回的参数可以用于曲线预测。
3. 绘制拟合曲线。
使用`plot`函数绘制原始数据点和拟合曲线，比较其拟合效果。
二、多项式拟合多项式拟合是一种常见的非线性拟合方法，它通过拟合多项式函数来逼近原始数据集。
Matlab中使用`polyfit`函数同样可以实现多项式拟合。
具体步骤如下：1. 导入数据集。
同线性回归一样，首先需要将数据集导入到Matlab中。
2. 选择多项式次数。
根据数据集的特点和实际需求，选择适当的多项式次数。
3. 进行多项式拟合。
使用`polyfit`函数，并指定多项式次数，得到拟合参数。
4. 绘制拟合曲线。
使用`plot`函数绘制原始数据点和拟合曲线。
三、非线性拟合有时候，数据集并不能通过线性或多项式函数来准确拟合。
这时，需要使用非线性拟合方法，通过拟合非线性方程来逼近原始数据。
Matlab中提供了`lsqcurvefit`函数来实现非线性拟合。
具体步骤如下：1. 导入数据集。
同样，首先需要将数据集导入到Matlab中。
2. 定义非线性方程。
根据数据集的特点和实际需求，定义适当的非线性方程。
使用MATLAB进行数据拟合的步骤与技巧
使用MATLAB进行数据拟合的步骤与技巧概述：数据拟合是一种重要的数学方法，用于确定给定数据集的数学模型，并使用所选模型来预测未知数据点的值。
MATLAB是一种广泛用于科学和工程领域的高级计算机语言和数值计算环境。
它提供了强大的工具和函数，可用于数据处理和拟合。
本文将介绍使用MATLAB进行数据拟合的基本步骤，并分享一些技巧和注意事项。
数据拟合步骤：1. 数据导入和可视化：首先，将数据导入MATLAB环境中。
可以从文件、数据库或其他源获取数据，并使用MATLAB的数据导入工具将其加载到工作空间中。
然后，使用plot函数将数据绘制为散点图，以获得对数据的初步了解。
2. 选择拟合模型：根据数据的特点和目标，选择适当的拟合模型。
主要有线性拟合、多项式拟合和非线性拟合等。
线性拟合适用于大多数简单数据集，多项式拟合可用于具有曲线特征的数据集，非线性拟合则可以更精确地拟合复杂数据。
3. 创建拟合函数：在MATLAB中，可以使用fittype函数创建自定义的拟合函数。
该函数定义了拟合模型的形式，并且需要选择适当的方程类型和参数。
可以根据所选模型的特性和拟合需求，添加必要的参数和约束。
4. 拟合数据：使用cfit函数对数据进行拟合。
cfit函数接受拟合函数、数据和初始参数值作为输入，并根据最小二乘拟合准则计算出最优拟合参数。
可以通过调用fit函数，使用最小二乘法或其他拟合算法，拟合数据。
拟合结果将生成一个代表最佳拟合曲线的对象。
5. 可视化拟合结果：为了更好地评估拟合结果，使用plot函数在原始数据图上叠加绘制拟合曲线。
比较拟合曲线与实际数据的吻合程度，考虑调整模型或拟合算法以获得更好的拟合效果。
6. 评估拟合效果：使用MATLAB提供的工具和函数评估拟合结果的质量。
例如，可以使用拟合对象的自由度调整的R方值（Adjusted R-squared）来度量模型拟合优度。
除了R方值，还可以计算均方根误差（RMSE）等指标来评估拟合效果。
如何在Matlab中进行数据拟合
如何在Matlab中进行数据拟合数据拟合是数据分析和建模中的一个重要环节，它可以帮助我们找到一个数学函数或模型来描述一组观测数据的变化规律。
在Matlab中，有多种方法和工具可以用来进行数据拟合，本文将介绍其中几种常用的方法和技巧。
一、线性回归线性回归是最简单和常见的数据拟合方法之一。
在Matlab中，我们可以使用polyfit函数来实现线性回归。
该函数基于最小二乘法，可以拟合一个给定度数的多项式曲线到一组数据点上。
假设我们有一组观测数据的x和y坐标，我们可以使用polyfit函数拟合一个一次多项式来获得最佳拟合曲线的系数。
代码示例如下：```x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [1, 3, 5, 7, 9];p = polyfit(x, y, 1); % 一次多项式拟合```拟合得到的系数p是一个向量，其中p(1)表示一次项的系数，p(2)表示常数项的系数。
通过这些系数，我们可以得到一次多项式的表达式。
用polyval函数可以方便地计算在指定x值处的拟合曲线上的y值。
代码示例如下：```x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [1, 3, 5, 7, 9];p = polyfit(x, y, 1);x_new = 6;y_new = polyval(p, x_new); % 在x_new处的预测值```二、非线性回归除了线性回归，我们还经常遇到需要拟合非线性数据的情况。
Matlab提供了curve fitting toolbox（曲线拟合工具箱），其中包含了很多用于非线性数据拟合的函数和工具。
在使用曲线拟合工具箱之前，我们需要先将需要拟合的非线性函数进行参数化。
常见的方法包括使用指数函数、对数函数、正弦函数等对原始函数进行转换，之后再进行拟合。
例如，我们有一组非线性数据，并怀疑其与指数函数有关。
我们可以通过以下代码进行拟合：```x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2.1, 3.9, 6.2, 8.1, 12];fun = @(p, x) p(1)*exp(p(2)*x) + p(3); % 指数函数p0 = [1, 0.5, 0]; % 初始值p = lsqcurvefit(fun, p0, x, y); % 非线性拟合```其中，fun是一个匿名函数，表示我们拟合的非线性函数形式，p是待求解的参数向量。
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刀具厚度 y/cm 26.8 26.5 26.3 26.1 25.7 25.3 24.8 24.0 拟合曲线为: 拟合曲线为 y=-0.3012t+29.3804
一个15.4cm×30.48cm的混凝土柱在加压实验中的 例3 一个 × 的混凝土柱在加压实验中的 应力-应变关系测试点的数据如表所示 应力 应变关系测试点的数据如表所示
用切削机床进行金属品加工时, 例2 用切削机床进行金属品加工时 为了适当地调整 机床, 需要测定刀具的磨损速度. 机床 需要测定刀具的磨损速度 在一定的时间测量刀 具的厚度, 得数据如表所示: 具的厚度 得数据如表所示 切削时间 t/h
0 1 2 3 4 5 6 7 8
刀具厚度 y/cm 30.0 29.1 28.4 28.1 28.0 27.7 27.5 27.2 27.0 切削时间 t/h
已知应力-应变关系可以用一条指数曲线来描述 已知应力 应变关系可以用一条指数曲线来描述, 即假设 应变关系可以用一条指数曲线来描述
σ = k1ε e
k 2ε
式中, 表示应力, 表示应变. 式中 σ 表示应力 单位是 N/m2; ε 表示应变
σ 令 z = ln , a0 = k2 , a1 = ln k1 , 则 z = a0ε + a1 ε
σ = k1ε e
k 2ε
式中, 表示应力, 表示应变. 式中 σ 表示应力 单位是 N/m2; ε 表示应变 选取指数函数作拟合时, 在拟合前需作变量代换, 指数函数作拟合时 解 选取指数函数作拟合时 在拟合前需作变量代换 化为 k1, k2 的线性函数 的线性函数.
σ 于是, 于是 ln = ln k1 k2ε ε σ 令 z = ln , a0 = k2 , a1 = ln k1 ε
Байду номын сангаас
例4 已知观测数据点如表所示
x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 3.1 3.27 3.81 4.5 5.18 6 7.05 8.56 9.69 11.25 13.17 的值, 求三个参数 a, b, c的值 使得曲线 f(x)=aex+bx2+cx3 与 的值 已知数据点在最小二乘意义上充分接近. 已知数据点在最小二乘意义上充分接近 首先编写存储拟合函数的函数文件. 首先编写存储拟合函数的函数文件 function f=nihehanshu(x,xdata) f=x(1)*exp(xdata)+x(2)*xdata.^2+x(3)*xdata.^3 保存为文件 nihehanshu.m
编写下面的程序调用拟合函数. 编写下面的程序调用拟合函数 xdata=0:0.1:1; ydata=[3.1,3.27,3.81,4.5,5.18,6,7.05,8.56,9.69,11.25,13.17]; x0=[0,0,0]; [x,resnorm]=lsqcurvefit(@nihehanshu,x0,xdata,ydata) 程序运行后显示 x= 3.0022 4.0304 resnorm = 0.0912
已知应力-应变关系可以用一条指数曲线来描述 已知应力 应变关系可以用一条指数曲线来描述, 即假设 应变关系可以用一条指数曲线来描述
σ = k1ε e k ε
2
式中, 表示应力, 表示应变. 式中 σ 表示应力 单位是 N/m2; ε 表示应变
已知应力-应变关系可以用一条指数曲线来描述 已知应力 应变关系可以用一条指数曲线来描述, 即假设 应变关系可以用一条指数曲线来描述
直线
y = a0 x + a1
多项式 y = a0 x n + a1 x n 1 + L + an 一般 n=2, 3, 不宜过高 不宜过高. 双曲线(一支 双曲线 一支) 一支
a0 y = + a1 x y = ae bx
指数曲线
2. 非线性曲线拟合 lsqcurvefit. 非线性曲线拟合: x=lsqcurvefit(fun, x0, xdata, ydata) [x, resnorm]=lsqcurvefit(fun, x0, xdata, ydata) 对应点的横, 对应点的横 功能: 功能 根据给定的数据 xdata, ydata (对应点的横 纵坐标), 给定的函数, 纵坐标 按函数文件 fun 给定的函数 以x0 为初值作最小二乘拟合 最小二乘拟合, 为初值作最小二乘拟合 返回函数 fun中的 中的 系数向量x和残差的平方和 和残差的平方和resnorm. 系数向量 和残差的平方和
例4 已知观测数据点如表所示
x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 3.1 3.27 3.81 4.5 5.18 6 7.05 8.56 9.69 11.25 13.17 的值, 求三个参数 a, b, c的值 使得曲线 f(x)=aex+bx2+cx3 与 的值 已知数据点在最小二乘意义上充分接近. 已知数据点在最小二乘意义上充分接近 编写下面的程序调用拟合函数. 编写下面的程序调用拟合函数 xdata=0:0.1:1; ydata=[3.1,3.27,3.81,4.5,5.18,6,7.05,8.56,9.69,11.25,13.17]; x0=[0,0,0]; [x,resnorm]=lsqcurvefit(@nihehanshu,x0,xdata,ydata)
9 10 11 12 13 14 15 16
刀具厚度 y/cm 26.8 26.5 26.3 26.1 25.7 25.3 24.8 24.0
描出散点图, 在命令窗口输入: 解: 描出散点图 在命令窗口输入 t=[0:1:16] y=[30.0 29.1 28.4 28.1 28.0 27.7 27.5 27.2 27.0 26.8 26.5 26.3 26.1 25.7 25.3 24.8 24.0] plot(t,y,'*')
用切削机床进行金属品加工时, 例2 用切削机床进行金属品加工时 为了适当地调整 机床, 需要测定刀具的磨损速度. 机床 需要测定刀具的磨损速度 在一定的时间测量刀 具的厚度, 得数据如表所示: 具的厚度 得数据如表所示 切削时间 t/h
0 1 2 3 4 5 6 7 8
刀具厚度 y/cm 30.0 29.1 28.4 28.1 28.0 27.7 27.5 27.2 27.0 切削时间 t/h
σ / ( N / m2 )
1.55
500 × 106
2.47
2. 93
3. 03
2.89
ε
1000 × 106 1500 × 106 2000 × 106 2375 × 106
3 1.953 × 103 1.517 × 103 1.219 × 10
σ / ε / ( N/m2 ) 3.103 × 103 2.465 × 103
0.9404
例4 已知观测数据点如表所示
x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 3.1 3.27 3.81 4.5 5.18 6 7.05 8.56 9.69 11.25 13.17 的值, 求三个参数 a, b, c的值 使得曲线 f(x)=aex+bx2+cx3 与 的值 已知数据点在最小二乘意义上充分接近. 已知数据点在最小二乘意义上充分接近 说明: 说明 最小二乘意义上的最佳拟合函数为 f(x)= 3ex+ 4.03x2 + 0.94 x3. 此时的残差是: 此时的残差是 0.0912.
进行数据拟合 用Matlab进行数据拟合 进行
1. 多项式曲线拟合 polyfit. 多项式曲线拟合: p=polyfit(x,y,m) 其中, x, y为已知数据点向量 分别表示横 纵坐 为已知数据点向量, 其中 为已知数据点向量 分别表示横,纵坐 为拟合多项式的次数, 标, m为拟合多项式的次数 结果返回 次拟合 为拟合多项式的次数 结果返回m次拟合 多项式系数, 从高次到低次存放在向量p中 多项式系数 从高次到低次存放在向量 中. y0=polyval(p,x0) 可求得多项式在x0处的值 可求得多项式在 处的值y0. 处的值
描出散点图, 在命令窗口输入: 解: 描出散点图 在命令窗口输入 t=[0:1:16] y=[30.0 29.1 28.4 28.1 28.0 27.7 27.5 27.2 27.0 26.8 26.5 26.3 26.1 25.7 25.3 24.8 24.0] plot(t,y,'*') a=polyfit(t,y,1) a= -0.3012 29.3804 hold on y1=-0.3012*t+29.3804 plot(t, y1), hold off
拟合函数为: 拟合函数为 f(x)= 3ex+ 4.03x2 + 0.94 x3.
练习: 练习
1. 已知观测数据点如表所示 x 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 3.1 3.27 3.81 4.5 5.18 6 7.05 8.56 9.69 11.25 13.17 求用三次多项式进行拟合的曲线方程. 求用三次多项式进行拟合的曲线方程 2. 已知观测数据点如表所示 x 1.6 2.7 1.3 4.1 3.6 2.3 y 17.7 49 13.1 189.4 110.8 34.5
求得 于是
a0 = k2 = -494.5209, a1 = ln k1 = 8.3009,
k1 = 4.0275 × 103 , k2 = 494.5209
拟合曲线为: 拟合曲线为 σ = 4.0275 × 103 ε e -494.5209ε
在实际应用中常见的拟合曲线有: 在实际应用中常见的拟合曲线有