问题:
给定一组坐标xgygzg,g12…
,表示有
个点。要求用以下二元多项式函数对所给的坐标进行拟合:
pq
pq
fxyaijxi1yj1
aijxi1yj1
ij11
i1j1
即
fxya11a21x
a12ya22xy
a13y2
a23xy2
a1qyq1a2qxyq1
ai1xi1ai2xi1yai3xi1y2
aiqxi1yq1
ap1xp1ap2xp1yap3xp1y2
apqxp1yq1
设
x
1xx2
y
1yy2
A
a11
a21
a12a22
a1q
a2q
xpyq
ap1ap2
a
pq
则函数又可表示为fxyxTAy,拟合的目标就是求出系数矩阵A。
最小二乘法:
构造关于系数aij的多元函数:
pq
sa11apqgfxgygzg2g
aijxi1yj1zg2
g1
g1
i1j1
点(a11,…,apq)是多元函数sa11apq的极小点,其中g为权函数,默
认为1,所以点(a11,…,apq)必须满足方程组
s0aij
在g1的情况下,有
fs
aij
aij
fxgygzg2
g1
g1
2
f
xg
yg
zgaij
f
xg
yg
2
f
xg
yg
zg
xgi1
yj1g
g1
2
xi1g
yj1g
f
xg
yg
xi1g
ygj1zg
g1
因此可得
xi1g
yj1g
f
xg
yg
xi1g
yj1g
z
g
g1
g1
pq
xyi1j1gg
a
xg
1
y
g
1
xi1g
ygj
1
zg
g1
11
g1
pq
xyi1j1gg
axg1yg1
xi1g
ygj
1
zg
g1
11
g1
pq
a
xg
1
yg
1
xi1g
yj1g
xi1g
ygj1zg
11
g1
g1
令
uij
xg
1
yg
1
xi1g
ygj
1
,vi
j
xi1g
ygj
1
z
g
g1
g1
则
pq
auijvij
11
ij1,1…pq
上式实际共有pq个等式,可将这pq个等式写成矩阵的形式有:
u1111
u11pq
upq11
a11
v11
upqpqapqvpq
也就是UaV的形式,其中
U
u1111
u11pq
upq11
,a
a11
,V
v11
upqpq
apq
vpq
fU为pqpq阶矩阵,实现函数为fu
ctio
Aleftmatrixxpyq;V为长pq的列
向量,实现函数为fu
ctio
Brightmatrixxpyqz。这样就可以算出列矩阵a然后转化成A。
例子:
某地区有一煤矿,为估计其储量以便于开采,先在该地区进行勘探。假设
该地区是一长方形区域,长为4公里,宽为5公里。经勘探得到如下数据:
煤矿勘探数据表
编号
1
2
3
横坐标(公里)1
1
1
纵坐标(公里)1
2
3
煤层厚度(米)13722580847
4142527
5152232
6211547
7222133
8231449
9242483
10252619
编号横坐标(公里)纵坐标(公里)煤层厚度(米)
11312328
12322648
13332914
请你估计出此地区内(2x4
14341204
15351458
16411995
17422373
18431535
19441801
20451629
1r