曲线拟合方法浅析
曲线拟合分析
曲线拟合分析
曲线拟合分析是数学统计中一种常用的非参数估计方法。
它用
于拟合一组多变量数据，以获得最佳拟合的函数，并且将其用来建立
一个数学模型以描述这组数据的规律。
曲线拟合分析的适用条件是，
数据不必是精确的函数关系，而且可以包含误差和噪声。
曲线拟合分析可以使用各种不同拟合函数，如线性函数、多项式
函数、指数函数、对数函数等。
具体的方法有多种，包括最小二乘法、最小中心加权平方法、最小均值方差变换方法等。
此外，还可以使用
优化算法进行复杂的拟合。
曲线拟合分析的主要优点是，无论数据多项式函数的形式如何，
都可以使用多种拟合函数拟合，从而获得较好的精度。
此外，由于曲
线拟合不需要假设数据服从特定的分布，因此能够更好地描述复杂的
数据结构。
另外，曲线拟合分析也可用来探究参数之间的关系，从而提出更
有意义的结论，增加对数据的认识。
在实际应用中，曲线拟合分析广泛应用于物理和工程等科学领域、金融和经济等经济学领域、医学研究等医学领域，以及时间序列分析、模式识别等机器学习领域。
三种曲线拟合方法的精度分析
三种曲线拟合方法的精度分析L,曲线拟合是皂丝圈宁的曲线光滑方法它根据给定的离散点?建立一个适当的解析式,使所表示的连续曲线反映和逼近已知点构成的特征多边形.地形图上的曲线具有多种类型.例如境界,道路,等高线和水网线等.这些曲线图形多数是多值函数,呈现出大挠度,连续拐弯的图形特征.在传统的测绘工作中,各种曲线是根据实测点位由人工联接勾绘而成.随着测绘自动化及数字化技术的不断发展,野外地面测量仪器中的经纬仪.已被全站仪逐渐取代.而在平板仪上进行的地形图清绘整饰工作,则可在微机上借助交互式图形技术完成.这一进步不仅可增加工作效率,缩短生产周期,减低劳动强度,也提高了图形质量.野外实测数据确定的特征多边形,需在计算机图形编辑中采用一定的曲线线跫对其作曲线拟合.本文对三种曲线拟台线型——圆曲线,二次B样条曲线,三次B样条曲线的理论拟台精度展开讨论.并在实验中得到验证.l三种曲线拟合方法1.1圆曲线平面上三点;(?,y1),B(?.),(南,ya)}其圆弧方程++/)X+Ey+F=0.过上述三点作圆弧(图1).当I丑yl1f?的顶点.二次B样条的一阶导数为:小l.B.且Bo?t?l0?t?1其端点性质如下:P(o)一?(Bo4-且)}P(1)=告(B】+岛);(0)一BI一&}(1)=岛一B}P(专)吉&+}且+吉岛=1{吉[P(o)+P(1)]+蜀};(音)一{(岛一Bo)一P(1),P(0)以上性质说明二次B样条曲线的起点P(0)在B特征多边形第一边的中点处,且其切向量且一&即为第一边的走向;终点P(1)在第二边的中点处,且其切向量B:一B为第二边的走向.而且P(1/Z)正是凸P(O)昌P(1)的中线B,M的中点,在P(1/2)处的切线平行于P(O)P(1)(图2).图2二次B样条拟台特征多边形上海蚨道大学第17告1.3三次B样条曲线三次B样条的分段函数式为..c一霎c一-,d一c+一一,,c一=s,z=.,,z,s 三次B样条曲线的矩阵为:3P()=?.3(f)BL=J一口其一阶导数为:[产1]?百1?(t)一[产t1]?告?一l3—3l3—630,30301410一l3—3l2—42O一10l0昂目岛鼠鼠且岛且0?t?10?t?l三次B样条曲线的端点性质如下:P(0)=音(岛+4且+岛)一{(堡{)+号且}P(1)=吉(且+4B+鼠)={(鱼{)+导局;(0)一百1(岛一Bo);(1):I(B一Bi)以上性质说明:三次B样条曲线起点P(0)落在反目B的中线/3.研上距/3的三分之一处,该点的切向量(0)平行于厶‰矗岛的底边/3.Bz,长度为其一半;终点P(1)处的情况与此相对应(见图3).if一}图3三次B拌条拟合特征多边形2三种拟合曲线的比较2+l圆曲线与二次B样条曲线的比较取平面上三点/3-,马…/3井分两种情况进行比较一一一第3期许恺.三神曲拽拟音方法的情虚分析(1)当瓦=瓦瓦时(见图4),过岛,B,岛作圆曲线岛Q最岛,其与特征多边形有两处偏离值最大,即QR与c,,且QR=UV.而二次B样条曲线RTU与特征多边形有一处偏离值最大,即B?则.0??,,7j,一—,/I//,?L—r/.s图4圈曲线与二趺B样条比较(1)QR=s蜀T={(2r?si譬)式中,为圆弧半径l0为弦届置所对圆心角l2,6为弦BoBz所对圆心角.由此即可知.器=>1(>0)(2)鼠晶?蜀岛时,随着岛蜀与蜀岛的差值加大,QR也加大,而B,T值是一定值(见图5).由此可得出二次B样条曲线拟合优于圆曲线拟合的结论.j,一0/..7.一\,}l一?I1形图等高线上选定点位组成特征多边形.分别用圆曲线,二次B样条曲线,三次B样条曲线对等高线特征多边形进行曲线拟合,测出拟合曲线与特征多边形的偏离值.共50个观测值,对测中误差为0.05rnm,取偏离值的平均值列于附表.附裹兰莫拟台曲线平均偏差比较裹哪由上分析可得出如下结论:1?圆曲线拟合特征多边形时,其偏差值要太于=次B样条曲线的拟合偏差.特征多边形相邻两边的长度相差越大.上述两种曲线拟合偏差之差越大.2一二次B样条曲线的拟合误差是三次B样条曲线拟合误差的四分之三.3一对特征多边形作曲线拟合时,在圆曲线.二次B样条,三次B佯条中使用二次B样条参考文献1盒延赞.计算机图形学.杭州t浙江大学出版杜.1988165,1672许隆文.计算机绘图.北京机槭工业出版杜.1989,334,3383孙家广.扬长贵.计算机图形学.北京清华大学出版杜.1994:288,2g0AnalysisofAccuracyofThreeCurve—FittingMethodsXHKdi(Dept?ofCivilE.ShanghaiTiedaoUniv)..Abst喇{reecurve—fittigmethodsareanalyzedandcornpared.ThequadraticBph”re岛ekcted.heopjmlJmcurvefittingforimp?Vingmapaccuracyoftopo graghicaldrawing?andthey8reverifiedbexperiments.dsltopographicmap,eurve—fittig,fittingaccuraey,BsDlines。
曲线拟合方法
曲线拟合方法曲线拟合方法是在数据分析中应用广泛的一种数学模型，它能够有效地拟合一组数据，从而推断出它背后的现象，同时推断出现象的规律。
曲线拟合方法是最常用的无比可以满足实际应用要求的符号方法之一，在实际应用中可以清楚地看到它的优越性。
一、曲线拟合方法的定义曲线拟合方法是一种用来拟合数据的数学方法，即将一组数据拟合到一条曲线上，从而求解出拟合曲线的方程。
一般来说，曲线拟合方法是根据给定的数据集，通过最小二乘法来拟合出曲线的方程，以表述和描述该数据的特征。
曲线拟合方法给我们提供了一种比较直观和有效的数据分析工具，可以有效地发现数据中不同特征之间的关系，从而推断出它们背后的现象及其规律。
二、曲线拟合方法的基本思想曲线拟合方法的基本思想是将一组数据以曲线的形式，以拟合精度最高的方式拟合出曲线的方程。
有多种拟合方法，比如线性拟合、参数拟合、二次拟合、多项式拟合等，可以根据实际的数据特点，选择合适的拟合方法。
拟合方法的最终目的是使拟合曲线越接近原始数据，越接近实际情况，以此来求解出拟合曲线的方程，并且能够有效地反映出数据的规律特征。
三、曲线拟合方法的应用曲线拟合方法在实际工程中被广泛应用，它的应用非常广泛，可以用于各种数据的拟合，其中包括统计学中的数据拟合、物理学中拟合各种非线性函数曲线，以及优化、控制理论中根据给定数据拟合控制参数等。
曲线拟合方法可以有效地发现数据中不同特征之间的关系，从而推断出它们背后的现象，以及它们背后的规律，因此，曲线拟合方法在预测及数据分析中具有重要的作用。
四、曲线拟合方法的优缺点曲线拟合方法的优点在于它的拟合效果好，能够有效地发现数据中不同特征之间的关系，从而推断出它们背后的现象，以及它们背后的规律，因此它可以提供丰富、有价值的数据分析以及预测服务。
但是，曲线拟合方法也有一些缺点，比如它拟合的曲线不一定能够代表实际情况，有可能导致拟合出错误的结果，因此在使用时要注意控制拟合精度。
曲线拟合法的理论与分析
曲线拟合法的理论与分析曲线拟合法是一种常用的方法来逼近所测量的曲线，以及对拟合后的曲线拟合形状的分析。
维度拟合技术为曲线拟合提供了另一种实用的策略。
它可以用来确定和实现空间拟合,计算曲线拟合精度,特征提取,及自动形态识别等目的。
曲线拟合法的基本原理包括样本准备，曲线拟合算法选择、拟合技术及参数设置等。
样本准备是指输入数据处理，采样数据不能太多而不能太少，要使拟合效果最佳。
然后是选择曲线拟合算法，经常使用的曲线拟合算法有最小二乘法、指数拟合、多项式拟合等。
拟合技术的选择以及参数的设置都将会影响拟合的精度，且参数设置还可以确定拟合曲线的形状。
维度拟合技术是一种实用的曲线拟合方法，它把拟合对象拆分成若干个维度，把每个维度分别拟合，再将各个维度综合起来，得到更形象有意义的曲线拟合技术。
有时候，数据点往往是不可避免地误差存在，可以通过增加拟合残差的正则化项，使曲线拟合更加合理。
正则化项的选取和参数设置的不同，对拟合的精度有一定的影响，正则化参数的取值越大，数据之间的不均匀性越小，拟合的精度越高。
特征提取是从数据中抽取特征的过程，广泛应用于曲线拟合。
曲线拟合在特征提取中的重要应用，可以利用拟合技术进行特征提取，对特征提取算法采用曲线拟合技术，可以有效地抽取出有用的特征。
自动形态识别也可以利用曲线拟合技术，曲线拟合可以反映一定物体的形态，可以作为形态识别的基础技术。
另外，曲线拟合法还可以用来分析采用不同参数的曲线拟合的结果，以求得最佳的曲线拟合结果。
曲线拟合法是一种工程技术，它不仅可以用于科学研究，而且可以应用到工程中，如计算机视觉、图像处理和识别、机械设计等等。
综上所述，曲线拟合法可以用来拟合所测量的曲线，把拟合对象拆分成若干个维度，用正则化项来减少误差，可以用来特征提取以及自动形态识别等。
它不仅可以用于科学研究，而且可以用于工程实践，因而具有很强的实用性。
曲线拟合方法浅析
曲线拟合方法概述工业设计 张静 1014201056引言：在现代图形造型技术中，曲线拟合是一个重要的部分，是曲面拟合的基础。
现着重对最小二乘法、移动最小二乘法、NURBS 三次曲线拟合法和基于RBF 曲线拟合法进行比较，论述这几种方法的原理及其算法，基于实例分析了上述几种拟合方法的特性，以分析拟合方法的适用场合，从而为图形造型中曲线拟合的方法选用作出更好的选择。
1 曲线拟合的概念在许多对实验数据处理的问题中，经常需要寻找自变量和对应因变量之间的函数关系，有的变量关系可以根据问题的物理背景，通过理论推导的方法加以求解，得到相应关系式。
但绝大多数的函数关系却很复杂，不容易通过理论推导得到相关的表达式，在这种情况下，就需要采用曲线拟合的方法来求解变量之间的函数关系式。
曲线拟合(Curve Fitting)，是用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点组所表示的坐标之问的函数关系的一种数据处理方法。
在科学实验或社会活动中，通过实验或观测得到量x 与y 的一组数据对(x i ,y i )，i =1，2，3…，m ，其中各x i 是彼此不同的。
人们希望用一类与数据的规律相吻合的解析表达式y =f(x)来反映量x 与y 之间的依赖关系。
即在一定意义下“最佳”地逼近或拟合已知数据。
f(x)称作拟合函数，似的图像称作拟合曲线。
2 曲线拟合的方法2.1最小二乘法最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，是进行曲线拟合的一种早期使用的方法 一般最小二乘法的拟合函数是一元二次，可一元多次，也可多元多次。
该方法是通过求出数据点到拟合函数的距离和最小的拟合函数进行拟合的方法令f(x)=ax 2+bx+c ，计算数据点到该函数所表示的曲线的距离和最小 即：δ=∑-=n i y x f i i 02))((对上式求导，使其等于0，则可以求出f(x)的系数a,b,c ，从而求解出拟合函数。
2.2 移动最小二乘法移动最小二乘法在最小二乘法的基础上进行了较大的改进，通过引入紧支概念（即影响区域，数据点一定范围内的节点对该点的拟合函数值有影响），选取适合的权函数，算出拟合函数来替代最小二乘法中的拟合函数 从而有更高的拟合精度及更好的拟合光滑度。
曲线拟合方法在机器学习中的应用研究
曲线拟合方法在机器学习中的应用研究机器学习作为人工智能的一个重要分支，在许多领域中都有着广泛的应用。
为了构建准确的预测模型，曲线拟合方法被广泛应用于机器学习中。
本文将探讨曲线拟合方法在机器学习中的应用研究。
1. 简介机器学习是通过训练算法，使计算机能够自动地从数据中学习并做出预测或决策的技术。
然而，在实际问题中，数据往往是呈现出某种模式的曲线。
为了更好地理解数据和构建预测模型，我们需要对这些曲线进行拟合。
2. 曲线拟合方法曲线拟合是通过拟合曲线模型来逼近已知数据的过程。
常见的曲线拟合方法包括多项式拟合、最小二乘法、样条插值等。
这些方法都可以用于在机器学习中构建预测模型。
2.1 多项式拟合多项式拟合是一种将数据拟合成多项式函数的方法。
通过选择合适的多项式阶数，我们可以逼近数据曲线，使得预测模型更加准确。
然而，多项式拟合往往容易过拟合，需要通过交叉验证等方法来解决。
2.2 最小二乘法最小二乘法是一种通过最小化残差平方和来拟合数据的方法。
它可以拟合各种类型的曲线，包括线性和非线性曲线。
最小二乘法在机器学习中广泛应用于线性回归、岭回归等模型的训练和预测。
2.3 样条插值样条插值是一种通过使用一组插值函数来逼近已知数据的方法。
它将曲线分段拟合，每个段使用一个插值函数来逼近数据。
样条插值在机器学习中常用于平滑曲线的拟合，具有较好的稳定性和精度。
3. 曲线拟合在机器学习中的应用曲线拟合在机器学习中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用示例：3.1 图像处理图像处理中常常需要对曲线进行拟合，以提取其中的信息。
例如，人脸识别算法中通过对脸部轮廓进行曲线拟合，可以提取关键特征点，从而实现精确的人脸识别。
3.2 金融预测曲线拟合在金融预测中也有着重要的应用。
通过对历史股价曲线进行拟合，可以构建出精确的股价预测模型，帮助投资者做出准确的决策。
3.3 数据分析在数据分析中，曲线拟合可以用于处理不完整或嘈杂的数据。
通过拟合数据曲线，可以填补空缺的数据，更好地理解数据之间的关系，从而做出更准确的数据分析结果。
第5章-1 曲线拟合(线性最小二乘法)讲解
求所需系数，得到方程： 29.139a+17.9b=29.7076 17.9a+11b=18.25
通过全选主元高斯消去求得：
a=0.912605
b=0.174034
所以线性拟合曲线函数为： y=0.912605x+0.174034
练习2
根据下列数据求拟合曲线函数： y=ax2+b
x 19 25 31 38 44 y 19.0 32.3 49.0 73.3 97.8
∑xi4 a + ∑xi2 b = ∑xi 2yi
∑xi2 a + n b = ∑yi
7277699a+5327b=369321.5 5327a+5b=271.4
曲线拟合的最小二乘法
1.曲线拟合的意思
Y
.
.
.
.
y=ax+b y=ax2+bx+c
X
y=ax+b y=ax2+bx+c 就是未知函数的拟合曲线。
2最小二乘法原理
观测值与拟合曲线值误差的平方和为最小。
yi y0 y1 y2 y3 y4…… 观测值 y^i y^0 y^1 y^2 y^3 y^4…… 拟合曲线值
拟合曲线为： y=(-11x2-117x+56)/84
x
yHale Waihona Puke 1.61 1.641.63 1.66
1.6 1.63
1.67 1.7
1.64 1.67
1.63 1.66
1.61 1.64
1.66 1.69
1.59 1.62
曲线拟合法
曲线拟合法
曲线拟合法是一种用于根据离散数据拟合出函数模型的方法，可以用来估计未知数据.是统计分析中经常使用的一种数学方法，它可以用来实现从数据中获取信息的目的。
曲线拟合的最常用的方法是最小二乘法，它的主要思想是将最小的均方误差捆绑到拟合的曲线上，使得它可以更好地描述数据曲线。
曲线拟合是一个复杂的过程。
它的目的是将一系列离散点拟合成一个曲线，该曲线可以刻画数据点之间的关系。
它可以帮助研究者更好地理解数据，并对数据进行进一步研究。
首先，研究者需要确定拟合曲线的函数形式，例如多项式，指数或对数函数，接着将参数估计出来，这一步通常使用标准的最小二乘估计方法。
有时候，参数的估计可能会受到多种因素的影响，但对于拟合曲线的准确性来说，参数的估计是非常重要的。
此外，在最小二乘估计方法中，也需要考虑多元变量之间的关系，这要求研究者针对每一种可能的关系预估参数。
另外，有许多类型的拟合方法，不同的拟合方法适用于不同的数据集，比如，动态拟合法、矩阵法和多元拟合法，这些方法可以帮助研究者在拟合表达式中找到更准确的参数值。
总的来说，曲线拟合法是一种有效的数据模型，它可以根据离散数据拟合出函数模型，这有助于研究者更全面地理解数据，并能够预测出未知点的值，有效地估计出参数。
它在统计学中有着广泛的应用，这种方法对于提高数据分析的精度，预测未知变量，并更加准确地描
述数据曲线都有着重要意义。
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曲线拟合方法概述
工业设计张静1014201056
引言：在现代图形造型技术中，曲线拟合是一个重要的部分，是曲面拟合的基础。
现着重对最小二乘法、移动最小二乘法、NURBS 三次曲线拟合法和基于RBF 曲线拟合法进行
比较，论述这几种方法的原理及其算法，基于实例分析了上述几种拟合方法的特性，以分析拟合方法的适用场合，从而为图形造型中曲线拟合的方法选用作出更好的选择。
1 曲线拟合的概念
在许多对实验数据处理的问题中，经常需要寻找自变量和对应因变量之间的函数关系，有的变量关系可以根据问题的物理背景，通过理论推导的方法加以求解，得到相应关系式。
但绝大多数的函数关系却很复杂，不容易通过理论推导得到相关的表达式，在这种情况下，就需要采用曲线拟合的方法来求解变量之间的函数关系式。
曲线拟合(Curve Fitting) ，是用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点组所表示的坐标之问的函数关系的一种数据处理方法。
在科学实验或社会活动中，通过实验或观测得到量x与y的一组数据对(X i,y i), i=1 , 2, 3…，m，其中各X i是彼此不同的。
人们希望用一类与数据的规律相吻合的解析表达式y=f(x)来反映量x与y之间的依赖关系。
即在一定意义下“最佳”地逼近或拟合已知数据。
f(x)称作拟合函数，似的图
像称作拟合曲线。
2 曲线拟合的方法
2.1 最小二乘法
最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，是进行曲线拟合的一种早期使用的方法一般最小二乘法的拟合函数是一元二次，可一元多次，也可多元多次。
该方法是通过求出数据点到拟合函数的距离和
最小的拟合函数进行拟合的方法令f(x)=ax 2+bx+c ，计算数据点到该函数
所表示的曲线的距离和最小即：
p 2
=i0(f(x i) y i)
对上式求导，使其等于0，则可以求出f(x)的系数a,b,c，从而求解出拟合
函数。
2.2移动最小二乘法
移动最小二乘法在最小二乘法的基础上进行了较大的改进，通过引入紧支概念(即影响区域，数据点一定范围内的节点对该点的拟合函数值有影响) ，选取适合的权函数，算出拟合函数来替代最小二乘法中的拟合函数从而有更高的拟合精度及更好的拟合光滑度。
2.2.1移动最小二乘法的拟合函数
设拟合函数为f(x)在求解域Q内的n个节点P i (i=1、2、3、……、n)，贝U:
m
f(x)= i(x)K i(x) = K^x) (x)
i 1
式中，a x)为待求系数；K(x)为线性基函数。
一般令K(x)=[1,x,y] T，m=3 ;求解过程可以参照文献⑴，从而可求O x)，得到f(x)。
2.2.2移动最小二乘法的算法流程
(1) 将区域进行分段。
(2) 对每个分段点进行循环：
①确定网格点的影响区域大小；
②确定包含在网格点的影响区域内的节点；
③计算型函数；
④计算网格点的节点值。
(3)连接网格点形成拟合曲线2.3 NURBS三次曲线拟合
NURBS作为定义工业产品几何形状的唯一数学方法，是现代图形学的基础，因此NURBS曲线拟合有着重要的实际意义。
NURBS曲线的数学模型和数学方法可以参考文献［2］。
本文采用VC技术，利用OpenGL的NURBS曲线拟合函数，即可得到曲线。
2.4基于RBF的曲线拟合
RBF( Radial Basis Function)，径向神经网络是以径向基函数(RBF)作为隐单元的“基”，构成隐含层空间，隐含层对输入矢量进行变换将低维的模式输入数据变换到高维空间内，使得在低维空间内的线性不可分问题在高维空间内线性可分。
这是一种数学分析方法，具有较快的收敛速度强大的抗噪和修复能力。
RBF神经网络结构图如图1所示。
各算法流程如下:
最小二乘法通过建立二次函数进行拟合。
建立拟合函数f(x)=ax 2+bx+c ，求
所有数据点与二次曲线的距离和最小的二次曲线，得到a,b,c，从而得到二次曲
线图像。
移动最小二乘法的流程是：
（1） NURBS 曲线拟合：
确定节点矢量，通过弦长累加来确定节点矢量。
在NURBS 曲线拟合时，设置最前4 个节点矢量的值相同和最后4 个节点矢量的值相同，那么拟合的曲线将通过给定型值点的第一个点和最后一个点。
由于OpenGL 有现成的NURBS 曲线拟合函数，借助VC 进行编程，实现NURBS 三次曲线拟合。
（2）基于RBF 曲线拟合流程：
采用高斯函数作为RBF函数的核函数。
1）采用K-均值法，确定聚类中心；2）按聚类中心分组；3）计算样本均值；4 ）重复2）、3 ），直到聚类中心不再变化；5）确定半径；6 ）调节输出层权。