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正弦函数的多项式拟合

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简介:
本文探讨了通过多项式逼近来近似表示正弦函数的方法,分析了不同阶数多项式的拟合效果及其在实际问题中的应用价值。 实验要求如下: 1. 生成数据,并加入噪声。 2. 使用高阶多项式函数拟合曲线。 3. 分别求解两种损失函数的最优解:一种是没有正则项的情况,另一种是有正则项的情况(解析方法)。 4. 利用优化算法寻找最优解,包括梯度下降和共轭梯度。要求自己编写代码来计算梯度并进行迭代更新。 5. 使用实验数据解释过拟合现象。 6. 对不同的数据量、超参数设置以及多项式的阶数进行比较分析,并评估其对实验结果的影响。 注意:求解解析形式的最优值时可以使用现有的矩阵逆运算库函数。但在实现梯度下降和共轭梯度方法的时候,必须自行编写代码来计算损失函数的导数(即梯度)并完成迭代优化过程;不允许使用如PyTorch或TensorFlow等框架提供的自动微分工具进行辅助开发工作。

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    本文探讨了通过多项式逼近来近似表示正弦函数的方法,分析了不同阶数多项式的拟合效果及其在实际问题中的应用价值。 实验要求如下: 1. 生成数据,并加入噪声。 2. 使用高阶多项式函数拟合曲线。 3. 分别求解两种损失函数的最优解:一种是没有正则项的情况,另一种是有正则项的情况(解析方法)。 4. 利用优化算法寻找最优解,包括梯度下降和共轭梯度。要求自己编写代码来计算梯度并进行迭代更新。 5. 使用实验数据解释过拟合现象。 6. 对不同的数据量、超参数设置以及多项式的阶数进行比较分析,并评估其对实验结果的影响。 注意:求解解析形式的最优值时可以使用现有的矩阵逆运算库函数。但在实现梯度下降和共轭梯度方法的时候,必须自行编写代码来计算损失函数的导数(即梯度)并完成迭代优化过程;不允许使用如PyTorch或TensorFlow等框架提供的自动微分工具进行辅助开发工作。
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    多项式拟合函数是一种数学方法,用于找到一个或多个多项式来逼近给定数据集的趋势。这种方法广泛应用于数据分析、预测建模等领域,能够帮助我们更好地理解变量之间的关系并进行趋势分析和预测。 多项式拟合函数利用n组坐标来计算所需点的坐标。
  • :优化时间序列中-MATLAB开发
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    本MATLAB项目提供了一种优化算法,用于从时间序列数据中拟合正弦函数的参数。通过调整幅度、频率和相位,实现对复杂信号的精确建模。 句法:[参数]=sine_fit(x,y) 这与[param]=sine_fit(x,y,[],[],[])相同,表示没有固定的参数,并且自动使用初始参数。 [param]=sine_fit(x,y,fixed_params) 表示固定了某些参数的情况下进行拟合,其余的则由程序自动确定初始值。 [param]=sine_fit(x,y,[],initial_params) 当估计效果不佳时可以手动设置初始参数来进行优化。 [参数]=sine_fit(x,y,fixed_params,initial_params,plot_flag) 参数包括:偏移、幅度、相移和频率 如果fixed_params=[NaN, NaN , NaN , NaN] 或 fixed_params=[],则表示所有四个参数都需要进行优化(这是默认设置)。 若固定为fixed_params=[NaN, 1 , NaN , 1/(2*pi)] ,这表示将幅度设为1并且频率设定为1/。
  • MATLAB中
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    本简介探讨如何在MATLAB中利用内置函数进行正交多项式拟合,涵盖从数据准备到结果分析的全过程,适用于科研与工程领域的数据分析需求。 正交多项式拟合次数为m,默认使用拉盖尔多项式。
  • 有噪声-使用MATLAB
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    本项目利用MATLAB软件进行含有噪声的正弦信号参数估计,通过多种算法优化模型以提高拟合精度和稳定性。 sineFit 是一个用于检测噪声正弦曲线参数的函数,即使在小于一个完整周期的情况下也能有效工作。此函数仅需输入 x 和 y 值,并不需要额外的参数设置。它已经在 R2016a 和 R2020a 版本中进行了测试。在我的个人电脑上进行性能评估时,平均计算时间为 13 毫秒,最长耗时为 2400 毫秒。 函数语法如下: [SineParams] = sineFit(x, y, optional) 可选参数:如果省略,则默认绘制图形;若设为 0 则不显示输入数据的图表。 输入值包括 x 和 y 值,其中 y 的计算公式为 offs + amp * sin(2π * f * x + phi) 加上噪声。 输出结果: SineParams(1): 偏移量(offs) SineParams(2): 幅度(amp) SineParams(3): 频率 (f) SineParams(4): 相位偏移 (phi) SineParams(5): 方均根误差(MSE),若为负值,则表示 SineParams 参数是通过 FFT 方法计算得出的。
  • 阻尼波:利用将给定(采样)为阻尼波 - MATLAB开发
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    本MATLAB项目提供了一种方法,用于通过数学建模和优化技术,将一组给定的数据点拟合成具有衰减特性的正弦波。该工具利用函数逼近理论来确保拟合的准确性,并可应用于信号处理与数据分析领域中对衰减振动系统的分析。 函数 fit_damped_sinewave 用于将序列 sigr(k) = Ar*exp(alphar*k) * cos(wr*k+phr), k=0..n-1 拟合到给定的序列 sig 中。该函数确定振幅 Ar、阻尼系数 alphar、频率 wr 和相位 phr 的值。它通过线性代数方法来查找这些参数。
  • 四参:基于最小二乘-MATLAB开发
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    本项目提供了一种利用最小二乘法进行四参数正弦曲线拟合的MATLAB实现方法。适用于信号处理、数据分析等领域,能够高效准确地提取周期性数据特征。 IEEE 数字化波形记录器标准 (IEEE Std 1057) 中定义了使用矩阵运算拟合正弦波数据的最小二乘算法,包括三参数(已知频率且非迭代)和四参数(通用并需迭代查找频率)。新增的功能有:启用复杂的正弦曲线拟合以及采用函数 fminbnd 替代原有的四参数拟合方法。
  • Matlab中Polyfit常用总结
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    本文档总结了在MATLAB中使用polyfit进行多项式拟合时常用的函数和方法,旨在帮助读者快速理解和应用这些工具来分析数据。 MATLAB提供了多项式拟合的基本函数命令polyfit。使用该命令进行多项式拟合的方法如下:a=polyfit(xdata,ydata,n) 其中n表示多项式的最高阶数,xdata 和 ydata 为将要拟合的数据,并以数组形式输入。输出参数 a 是一个包含多项式系数的行向量,用于计算y=a1xn+...+anx+a n+1。 为了在xi数据点处获得该多项式的值,可以使用MATLAB中的polyval函数进行计算:y=polyval(a,x,m) ,其中线性拟合时m=1, 二次拟合时m=2等。 例如: ```matlab x = 0:0.1:1; y = [-0.447, 1.978, 3.28, 6.16, 7.08, 7.34, 7.66, 9.56, 9.48, 9.30, 11.2]; A = polyfit(x,y,2); Z = polyval(A,x); plot(x,y,r*,x,Z,b); ```
  • 基于小脑模型MATLAB程序
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    本简介介绍了一种利用小脑模型算法网络(CMAC)进行正弦函数拟合的MATLAB实现方法。该程序展示了CMAC在函数逼近领域的应用潜力,适用于科研和教育用途。 小脑神经网络进行正弦曲线拟合的MATLAB程序,欢迎大家参考指正!
  • 勒让德_ legendre _
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    勒让德多项式拟合是一种数学方法,利用勒让德多项式作为基函数对数据进行最佳逼近,广泛应用于物理、工程及数据分析领域。 使用勒让德多项式拟合函数可以调节多项式的阶数。