§4.常见的数学建模方法(1)---数据拟合(曲线拟合)法
实例. 找出基于下列数据的美国马萨诸塞州生产量、劳动力和投资之间变化的经
济增长模型（道格拉斯 Douglas 生产函数模型 ）
实例 3. 某研究所为了研究三种肥料氮, 磷, 钾对于土豆和生菜的作
用, 分别对每种作物进行了三组试验. 实验数据如下列表格所示, 其 中 ha 表示公顷 , t 表示吨 , kg 表示千克. 试建立反映施肥量与产量 关系的数学模型. 氮施肥量(公斤/公顷)与土豆产量（吨/公顷）关系的实验数据
4
组数据应服 从的数学模型，如记 l - 1000 = l’ , l0 – 1000 = b, al0 = k , 则有 l’ = b + kt . 可以算得：
t 42.5,
2 ' t 8100 , l i i 1
4
(l 1000)
i 1
4
0.705,
' t l i i 34.6 i 1
§4. 常见的数学建模方法(1) --- 数据拟合（曲线拟合）法
在建立数学模型时,实际问题有时仅给出一组数据. 处理这类问题的 较简单易行的方法是通过数据拟合法求得 “最佳” 的近似函数式 --经验公式. 从几何上看就是找一条 “最佳” 的曲线, 使之和给定的 数 （ 1）决定经验公式的形式 . 根据所描绘的系统固有的特点 ,参照 据点靠得最近 , 即进行曲线拟合 . 根据一组数据来确定其经验公式 , 已知数据的图形和特点或者它应服从的规律来决定经验公式的形式 . 一般可 分为三步进行: 这一步是关键的一步. （2）决定经验公式中的待定参数 . 一般可用线性情况下的最小二 乘法 .它误差较小,适用于测定数据比较精确的情况.在使用最小二 乘法 时,如遇到数学模型是非线性经验公式时其中参数的待定,通
施肥 量 0 34 67 101 135 202 259 336 404 471
产量
15.1 8
21.3 6
25.7 2
32.2 9
34.0 3
39.4 5
43.1 5
43.4 6
40.8 3
30.7 5
磷施肥量(公斤/公顷)与土豆产量（吨/公顷）关系的实验数据
施肥量 产量
0
33.46
24
32.47
模型建立:
dy k ( xm x), y (0) y0 15.18 dx
模型求解: y = ax2 + bx + c 其中 c = y(0) = 15.18 ( 或 11.02 ).
令 x’ = x , y’ = ( y - c ) / x , 可以化为线性模型：y’ = ax’ + b .
49
36.06
73
37.96
98
41.04
147
40.09
196
41.26
245
42.17
294
40.36
342
42.73
钾施肥量(公斤/公顷)与土豆产量（吨/公顷）关系的实验数据
施肥量 产量
0
18.98
47
27.35
93
34.86
140
38.52
186
38.44
279
37.73
372
38.43
465
其中
x
x
i 1
n
i
,y
y
i 1
n
i
.
实例1. 找出基于下列数据的铜棒长度 l 与温度 t 之间关系的经验公
式. 温度 t ( 0C ) 对应长度 l (mm)
20 1000.2 40 1000.65 50 1000.90 60 1001.05
建模过程: 利用已有的物理学固体热胀冷缩定律: l = l0(1+at) 作为该
4
根据最小二乘法公式，
k
t l ' nt l '
i 1 n i i 2 2 t n t i i 1
n
0.0212 , b l 'kt 0.196
可得： l = 999.804（ 1 + 0.0000212t ）.
最后检验该模型(经验公式): t v2 l (测定值) l*(计算值) v = l - l* 20 1000.22 1000.228 +0.008 0.000064 40 1000.65 1000.652 +0.002 0.00004 50 1000.9 1000.864 -0.036 0.001296 60 1001.05 1001.074 +0.024 0.000576 残差的平方和为: Σv2 = 0.00194 , 这个结果应该说是较好的. 实例2. 找出基于下列数据的油的粘度 y 与温度 x 之间关系的经验 公式 . 温度x 10 20 30 40 50 60 70 80 粘度y 4.24 2.92 2.2 1.81 1.6 1.43 1.32 1.25 建模过程: 无现成机理明确的公式,使用描点比较法 ：
i 1
n n （3）进行模型检验 .求得确定的经验公式后,将实际测定值与用公 式算出的理论值进行比较. 在决定经验公式的形式时, 大致思路是: a) 利用所研究系统的有关问题在理论上已有的结论, 来 确定经 验公式的形式 . b) 在无现成理论情况下, 最简单的处理手段是用描图的方法, 将 数据点连成光滑曲线, 把它与已知函数曲线进行比较,找出与之比 较接近的曲线. c) 如要考虑所建立的模型必要的逻辑性与理论价值,可利用合适 的数学方法, 对所研究系统的有关问题进行 定量化的机理分析 , 导出较为严密的数学公式.
相应的统计数据为:
X
Y
1
6.39
1/50
9.48
1/99
12.46
1/148
14.33
1/197
17.1
1/295
21.94
1/392
22.64
1/490
21.34
1/588
22.07
1/686
24.53
根据最小二乘法计算公式和统计数据, 先算得 a 和 k , 然后再算出 y0 .
在建立曲线拟合法的数学模型时,如果能尽量做一些定量 化的机理分析, 然后运用数学手段推导出合理的数学模型, 则建模的效果会 更好一些.
说明: 该例中的变量替换 方法运用,使得线性模型的最小二乘法公式 应用范围大 大扩大. 常见的 非线性模型的变换方式 如下表所列:
曲线 幂函数 y = axb 指数函数 y = aebx 双曲函数 y = x/ (ax+b) 对数函数 y = a + blnx 指数函数 y = aeb/x S型函数y = 1 / ( a+be-x ) 变换 x’=lnx, y’=lny x’=x , y’ = lny x’=1/x, y’= 1/y x’ = lnx, y’ = y x’=1/x, y’=lny x’=e-x, y’=1/y 变换后的线性表示式 y’ = lna +bx’ y’ = lna +bx’ y’ = a + bx’ y’ = a + bx’ y’ = lna +bx’ y’ = a + bx’
施肥量 产量
0
6.39
49
9.48
98
12.46
147
14.33
196
17.10
294
21.94
391
22.64
489
21.34
587
22.07
685
24.53
钾施肥量(公斤/公顷)与生菜产量（吨/公顷）关系的实验数据
施肥量 产量
0
15.75
47
16.76
93
16.89
140
16.24
186
17.56
x
1 y a b e x
作为经验公式 .
1 y 最终的数学模型是: 0.0232 0.0073 e x 根据这个模型, 可以得到土豆的最高极限产量是43吨. 这个结论从定 性角度看, 与农业资料的结论是一致的, 即在一定的范围内磷施肥量 可以使土豆产量增长, 但 过多地施磷肥对土豆产量不起作用. 在这一 点上, 该模型是经得起实际检验的.
2 .磷施肥量 x 关于生菜产量 y 的情况 .
描点图为:
由描点图可知, 在模型建立中应注意以下两个因素: 1) 当磷肥施肥量为零时, 生菜产量并非为零, 这说明土壤中原来就 含有一定量的磷肥成分; (2) 实验数据说明,磷肥施肥量再多不会引起产量明显下降, 而使生 菜产量趋于一个渐近值, 即极限产量. ax y 0 考虑到上面一些分析,可采用双曲线模型: y 1 x 这里 a 为生菜极限产量数 . 为了利用线性模型的最小二乘法 , 令 X = 1 / (1 + x ) , Y = y , k = y0 – a , 化为线性函数模型: Y = a + kX .
由土豆产量 y 依赖于氮施肥量 x 的数学模型 → 0.197 – 0.00068x0= 350 / 0.8 → 对土豆的最佳氮施肥量 x0 = 290.57 kg / ha . 由生菜产量 y 依赖于氮施肥量 x 的数学模型 → 0.101 – 0.00048x = 350 / 0.2 → 对生菜的最佳氮施肥量 x0 = 203.57 kg / ha .
根据所给数据 , 运用线性模型的最小二乘法公式 , 得土豆产量 y 依 赖于氮施肥 量 x 的数学模型: y = - 0.00034x2 + 0.197x + 15.18 ; 生菜产量 y 依赖于氮施肥量 x 的数学模型: y = - 0.00024x2 + 0.101x + 11.02.
模型分析与模型决策: 当下列关系 y’(x0) = Tx / Ty ( Tx ,Ty 分别为
数据拟合方法
’.第二讲 数据拟合方法在实验中，实验和戡测常常会产生大量的数据。
为了解释这些数据或者根据这些数据做出预测、判断，给决策者提供重要的依据。
需要对测量数据进行拟合，寻找一个反映数据变化规律的函数。
数据拟合方法与数据插值方法不同，它所处理的数据量大而且不能保证每一个数据没有误差，所以要求一个函数严格通过每一个数据点是不合理的。
数据拟合方法求拟合函数，插值方法求插值函数。
这两类函数最大的不同之处是，对拟合函数不要求它通过所给的数据点，而插值函数则必须通过每一个数据点。
例如，在某化学反应中，测得生成物的质量浓度y (10 –3 g/cm 3)与时间t （min ）的关系如表所示t1 2 3 4 6 8 10 12 14 16 y4.00 6.41 8.01 8.79 9.53 9.86 10.33 10.42 10.53 10.61 显然，连续函数关系y (t )是客观存在的。
但是通过表中的数据不可能确切地得到这种关系。
何况，由于仪器和环境的影响，测量数据难免有误差。
因此只能寻求一个近拟表达式y = ϕ(t )寻求合理的近拟表达式，以反映数据变化的规律，这种方法就是数据拟合方法。
数据拟合需要解决两个问题：第一，选择什么类型的函数)(t ϕ作为拟合函数（数学模型）；第二，对于选定的拟合函数，如何确定拟合函数中的参数。
数学模型应建立在合理假设的基础上，假设的合理性首先体现在选择某种类型的拟合函数使之符合数据变化的趋势（总体的变化规律）。
拟合函数的选择比较灵活，可以选择线性函数、多项式函数、指数函数、三角函数或其它函数，这应根据数据分布的趋势作出选择。
为了问题叙述的方便，将例1的数据表写成一般的形式 t x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x 9 x 10 y y 1 y 2 y 3 y 4 y 5 y 6 y 7 y 8 y 9 y 10 一．线性拟合（线性模型）假设拟合函数是线性函数，即拟合函数的图形是一条平面上的直线。
数据拟合曲线算法
数据拟合曲线算法
在数据拟合中，常用的曲线拟合算法有多种，具体选择哪一种算法取决于数据的特点以及我们希望达到的拟合效果。
以下是几种常见的数据拟合曲线算法：
1. 线性回归（Linear Regression）：线性回归是一种基本的拟合算法，在数据中用一条直线来拟合数据点的分布。
通过使得拟合直线和实际数据点之间的误差最小，来找到最佳的拟合直线。
2. 多项式拟合（Polynomial Fitting）：多项式拟合是一种可以拟合非线性关系的方法。
通过增加模型的多项式次数，使得模型能够更好地拟合复杂的数据分布。
3. 基于最小二乘法的拟合（Least Squares Fitting）：最小二乘法是一种常见的拟合方法，旨在找到即使误差最小化的拟合曲线。
该方法可用于拟合线性模型、非线性模型等。
4. 样条插值（Spline Interpolation）：样条插值是一种基于分段多项式的拟合方法。
通过将数据点之间的曲线段拟合为多项式曲线，使得整个曲线在数据点处连续，并最小化整体曲线的误差。
5. 非参数拟合（Nonparametric Fitting）：非参数拟合不依赖于特定的函数形式，而是根据数据的分布来构建拟合模型。
常见的非参数拟合算法包括局部加权回归（Locally Weighted Regression）和核函数回归（Kernel Regression）等。
需要注意的是，选择拟合算法时需要根据实际情况评估算法的适用性及效果，以及避免过拟合或欠拟合问题。
同时，针对不同的数据类型和拟合目标，还有其他更为专门的拟合算法可供选择。
数学建模Matlab数据拟合详解
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
数学建模方法大汇总
数学建模方法大汇总数学建模是数学与实际问题相结合，通过建立数学模型来解决实际问题的一种方法。
在数学建模中，常用的方法有很多种，下面将对常见的数学建模方法进行大汇总。
1.描述性统计法：通过总结、归纳和分析数据来描述现象和问题，常用的统计学方法有平均值、标准差、频率分布等。
2.数据拟合法：通过寻找最佳拟合曲线或函数来描述和预测数据的规律，常用的方法有最小二乘法、非线性优化等。
3.数理统计法：通过样本数据对总体参数进行估计和推断，常用的方法有参数估计、假设检验、方差分析等。
4.线性规划法：建立线性模型，通过线性规划方法求解最优解，常用的方法有单纯形法、对偶理论等。
5.整数规划法：在线性规划的基础上考虑决策变量为整数或约束条件为整数的情况，常用的方法有分支定界法、割平面法等。
6.动态规划法：通过递推关系和最优子结构性质建立动态规划模型，通过计算子问题的最优解来求解原问题的最优解，常用的方法有最短路径算法、最优二叉查找树等。
7.图论方法：通过图的模型来描述和求解问题，常用的方法有最小生成树、最短路径、网络流等。
8.模糊数学法：通过模糊集合和隶属函数来描述问题，常用的方法有模糊综合评价、模糊决策等。
9.随机过程法：通过概率论和随机过程来描述和求解问题，常用的方法有马尔可夫过程、排队论等。
10.模拟仿真法：通过构建系统的数学模型，并使用计算机进行模拟和仿真来分析问题，常用的方法有蒙特卡洛方法、事件驱动仿真等。
11.统计回归分析法：通过建立自变量与因变量之间的关系来分析问题，常用的方法有线性回归、非线性回归等。
12.优化方法：通过求解函数的最大值或最小值来求解问题，常用的方法有迭代法、梯度下降法、遗传算法等。
13.系统动力学方法：通过建立动力学模型来分析系统的演化过程，常用的方法有积分方程、差分方程等。
14.图像处理方法：通过数学模型和算法来处理和分析图像，常用的方法有小波变换、边缘检测等。
15.知识图谱方法：通过构建知识图谱来描述和分析知识之间的关系，常用的方法有图论、语义分析等。
《数据拟合方法》PPT课件
n
n
记 J(a1,a2,am)
2 i
[f(xi)yi]2
i1
i1
nm
[ akrk(xi)yi]2 (2) i1 k1
问题归结为，求 a1,a2, …am 使 J(a1,a2, …am) 最小。
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
r11a1r12a2 r1mamy1 (nm) rn1a1rn2a2rnmamyn
第一步:先选定一组函数 r1(x), r2(x), …rm(x), m<n, 令
f(x)=a1r1(x)+a2r2(x)+ …+amrm(x)
（1）
其中 a1,a2, …am 为待定系数。
第二步: 确定a1,a2, …am 的准则（最小二乘准则）：
使n个点（xi,yi) 与曲线 y=f(x) 的距离i 的平方和最小 。
即 Ra=y
其中
r11 r12 r1m
a1
y1
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。
n
如果有向量a使得
(ri1a1ri2a2 rim amyi)2达到最小，
i1
则称a为上述超定方程的最小二乘解。
最小二乘法的求解
所以，曲线拟合的最小二乘法要解决的问题，实际上就是 求以下超定方程组的最小二乘解的问题。
(x)
( x ) ...
(x)
0
0
11
n
n
a a a y y ( , ,...,
0
1
m
*
) (
数模培训_数据拟合方法
(5)
可以看出，只要f(x)关于待定系数a1，…，am线性，在最小二乘准则 （2）下得到的方程组(3)关于a1，a2，…，am也一定是线性的，故称线 性最小二乘法。
线性最小二乘法原理
2.理论______函数rk(x)的选取
对数据(xi，yi)用线性最小二乘法作拟合时，首要的、也是关键的一步是 恰当地选取r1(x)，r2(x)，…，rm(x)。 n 如果通过机理分析，能够知道y与x之间应该有什么样的函数关系， 则r1(x)，…，rm(x)容易确定。 n 若无法知道y与x之间的关系，可以将数据(xi，yi)，i=1,2,…,n作图， 直观地判断应该用什么样的曲线去作拟合。常用的曲线有
g(x)=1/(0.27139-0.07768x)。
算例
l 指数曲线模型 y=aebx
选择y=aebx，取对数lny=lna+bx，令Y=lny，A=lna，取r1(x)=1，r2(x)=x，
要求Y=A+bx与(xi，Yi)，i=0,1,2,3,4，做最小二乘拟合，Yi=lnf(xi)。计算结果 如下：
得到关于a1，…，am的线性方程组
in1
r1
(x
i
m
)[ akrk
k 1
(xi
)
y
i
]
0
... ... ... ...
(3)
n
m
i 1
rm
(xi
)[ akrk
k 1
(xi
)
yi
]
0
线性最小二乘法原理
r1(x1 ) ... rm (x1 )
记
...
2.00
曲线拟合
数模俱乐部
曲线拟合
现在我们使用上面求得的系数产生 y： y = (0.1032)x - 28.4909 图像为如图：
如何改善这种状况呢？我 们可以尝试拟合更高阶的多项式。让我们使用一个二次多项式看看。
数模俱乐部
曲线拟合
使用下面的步骤来做： >> p = polyfit(sqft,price,2); 这次有三个系数产生。次数设为 2的 polyfit 函数使用下面的形式给我们返 回系数： y = p1x + p2x + p3 我们把它们提取出来放进变量中并绘图： >> a = p(1); >> b = p(2); >> c = p(3); >> x = [1200:10:4000]; >> y = a*x^2+ b*x + c; >> plot(x,y,sqft,price,'o'), xlabel('房子平方英尺数'),ylabel('平均售价'), ... title('欢乐谷的房子平均售价与平方英尺数的关系'), axis([1200 4000 135 450])
数模俱乐部
曲线拟合
图象如图 所示。 虽然 4000 平方英尺的 房子的价格看起来有点 偏离正常，其它的数据 还是基本上一个直线的 周围的，让我们找出这 条最拟合这些数据的直线。 在我们尝试求出 y = mx + b 的过程中， 房子的 SQFT（平方英尺数）充当 x的角色而平均售价充当 y 的角色。使用 polyfit 找出我们需要的系数，我们只需把数据传递给它并告知它我们在求一 次的多项式。
曲线拟合
数学建模中的参数拟合方法
数学建模中的参数拟合方法数学建模是研究实际问题时运用数学方法建立模型，分析和预测问题的一种方法。
在建立模型的过程中，参数拟合是非常重要的一环。
所谓参数拟合，就是通过已知数据来推算模型中的未知参数，使模型更加精准地描述现实情况。
本文将介绍数学建模中常用的参数拟合方法。
一、最小二乘法最小二乘法是一种常用的线性和非线性回归方法。
该方法通过最小化误差的平方和来估计模型参数。
同时该方法的优点在于可以使用简单的数学公式解决问题。
最小二乘法的基本思想可以简单地表示如下：对于给定的数据集合，设其对应的观测值集合为y,$y_1,y_2,...,y_n$，对应的自变量集合为x,$x_1,x_2,...,x_n$，则目标是找到一组系数使得拟合曲线最接近实际数据点。
通常拟合曲线可以用如下所示的线性方程表示：$$f(x)=a_0+a_1x+a_2x^2+...+a_kx^k$$其中，k为拟合曲线的阶数，$a_i$表示第i个系数。
最小二乘法的目标即为找到一组系数${a_0,a_1,...,a_k}$，使得曲线拟合残差平方和最小：$$S=\sum_{i=1}^{n}(y_i-f(x_i))^2$$则称此时求得的拟合数学模型为最小二乘拟合模型。
最小二乘法在实际问题中应用广泛，如线性回归分析、非线性回归分析、多项式拟合、模拟建模等领域。
对于非线性模型，最小二乘法的数学公式比较复杂，需要使用计算机编程实现。
二、梯度下降法梯度下降法是一种优化算法，通过求解函数的导数，从而找到函数的最小值点。
在数学建模中，梯度下降法可以用于非线性回归分析，最小化误差函数。
梯度下降法的基本思想为：在小区间范围内，将函数$f(x)$视为线性的，取其一阶泰勒展开式，在此基础上进行优化。
由于$f(x)$的导数表示$f(x)$函数值增大最快的方向，因此梯度下降法可以通过调整参数的值，逐渐朝向函数的最小值点移动。
具体地，对于给定的数据集合，设其对应的观测值集合为y,$y_1,y_2,...,y_n$，对应的自变量集合为x,$x_1,x_2,...,x_n$，则目标是找到一组系数使得拟合曲线最接近实际数据点。
拟合曲线的方法(一)
拟合曲线的方法(一)拟合曲线拟合曲线是一种数据分析方法，用于找到最符合给定数据的函数曲线。
在实际应用中，拟合曲线广泛应用于计算机图形学、统计学和机器学习等领域。
不同的方法可以应用于不同类型的数据和问题，下面将介绍几种常见的拟合曲线方法。
线性拟合线性拟合是最简单也是最常见的拟合曲线方法之一。
其基本思想是通过一条直线来拟合数据点。
线性拟合常用于描述两个变量之间的线性关系。
线性拟合的数学模型可以表示为：y=a+bx，其中y是因变量，x是自变量，a是截距，b是斜率。
线性拟合的目标是通过最小化实际数据点和拟合直线之间的误差来确定最佳的a和b。
多项式拟合多项式拟合是一种通过多项式函数来拟合数据点的方法。
多项式函数是由多个幂函数组成的函数，可以适应各种形状的数据。
多项式拟合的数学模型可以表示为：y=a0+a1x+a2x2+⋯+a n x n，其中y是因变量，x是自变量，a0,a1,…,a n是拟合函数的系数。
多项式拟合的目标是通过最小化实际数据点和拟合曲线之间的误差来确定最佳的系数。
曲线拟合曲线拟合是一种通过曲线函数来拟合数据点的方法。
曲线函数可以是任意形状的函数，可以适应各种复杂的数据。
常见的曲线拟合方法包括：贝塞尔曲线拟合贝塞尔曲线拟合是一种用于拟合平滑曲线的方法。
贝塞尔曲线由控制点和节点构成，通过调整控制点的位置来改变曲线的形状。
贝塞尔曲线拟合的目标是通过最小化实际数据点和贝塞尔曲线之间的误差来确定最佳的控制点和节点。
样条曲线拟合样条曲线拟合是一种用于拟合光滑曲线的方法。
样条曲线由多个局部曲线段组成，每个曲线段由一组控制点和节点定义。
样条曲线拟合的目标是通过最小化实际数据点和样条曲线之间的误差来确定最佳的控制点和节点。
非线性拟合非线性拟合是一种用于拟合非线性关系的方法。
非线性关系在现实世界中很常见，例如指数函数、对数函数等。
非线性拟合的数学模型可以表示为：y=f(x,θ)，其中y是因变量，x是自变量，θ是模型的参数。
数学建模常见的一些方法【04拟合算法】
数学建模常见的⼀些⽅法【04拟合算法】@⽬录数学建模常见的⼀些⽅法1. 拟合算法与插值问题不同，在拟合问题中不需要曲线⼀定经过给定的点。
拟合问题的⽬标是寻求⼀个函数（曲线），使得该曲线在某种准则下与所有的数据点最为接近，即曲线拟合的最好（最⼩化损失函数）。
1.1 插值和拟合的区别 插值算法中，得到的多项式f(x)要经过所有样本点。
但是如果样本点太多，那么这个多项式次数过⾼，会造成。
尽管我们可以选择分段的⽅法避免这种现象，但是更多时候我们更倾向于得到⼀个确定的曲线，尽管这条曲线不能经过每⼀个样本点，但只要保证误差⾜够⼩即可，这就是拟合的思想。
(拟合的结果是得到⼀个确定的曲线)1.2 求解最⼩⼆乘法1.3 Matlab求解最⼩⼆乘测试数据:x =4.20005.90002.70003.80003.80005.60006.90003.50003.60002.90004.20006.10005.50006.60002.90003.30005.90006.00005.6000>> yy =8.400011.70004.20006.10007.900010.200013.20006.60006.00004.60008.400012.000010.300013.30004.60006.700010.800011.50009.9000计算代码:>> plot(x,y,'o')>> % 给x和y轴加上标签>> xlabel('x的值')>> ylabel('y的值')>> n = size(x,1);>> k = (n*sum(x.*y)-sum(x)*sum(y))/(n*sum(x.*x)-sum(x)*sum(x))>> b = (sum(x.*x)*sum(y)-sum(x)*sum(x.*y))/(n*sum(x.*x)-sum(x)*sum(x))>> hold on % 继续在之前的图形上来画图形>> grid on % 显⽰⽹格线>> f=@(x) k*x+b; % 函数线>> fplot(f,[2.5,7]); % 设置显⽰范围>> legend('样本数据','拟合函数','location','SouthEast')计算过程：>> plot(x,y,'o')>> % 给x和y轴加上标签>> xlabel('x的值')>> ylabel('y的值')>> n = size(x,1);>> n*sum(x.*y)-sum(x)*sum(y)ans = 1.3710e+03>> n*sum(x.*x)-sum(x)*sum(x)ans = 654.4600>> k = (n*sum(x.*y)-sum(x)*sum(y))/(n*sum(x.*x)-sum(x)*sum(x))k = 2.0948>> b = (sum(x.*x)*sum(y)-sum(x)*sum(x.*y))/(n*sum(x.*x)-sum(x)*sum(x))b = -1.0548>> hold on>> grid on>> f=@(x) k*x+b;>> fplot(f,[2.5,7]);>> legend('样本数据','拟合函数','location','SouthEast')1.4 如何评价拟合的好坏线性函数是指对参数为线性（线性于参数）在函数中，参数仅以⼀次⽅出现，且不能乘以或除以其他任何的参数，并不能出现参数的复合函数形式。