在数学、物理、工程等领域中使用函数拟合去发现数据背后的规律非常常见。拟合函数是一种通过给定数据点,然后建立一个近似函数模型的方法。这个近似函数模型有许多种,可以是多项式函数、三角函数、指数函数等等。通过拟合函数模型,我们可以大致了解数据的趋势,预测之后的数据走向,也可以进行数据分析和预测。
在日常生活中,我们常常会用得到拟合函数。例如一个商家在销售他的产品后想要预测接下来二十年的销售规模,一个分析师希望预测市场股票价格的走向,或者一个医生希望通过患者的生命指标数据来判断治疗方式等等。这些问题都需要我们从实际数据中获取函数规律,进而建立一个合适的拟合函数。
本文将为大家总结实用的拟合函数技巧。
第一步:选择拟合函数类型
在大多数的数据中,存在许多选项可以拟合。例如,我们可以用一次多项式,二次多项式或者三次多项式等等。每个函数类别都有其专门解决的问题和应用场景,在确定适当的函数拟合之前,我们需要考虑问题和数据的特点。
如果数据量很大,采用更为复杂的函数类别比如高阶多项式可以获得更精确的结果。如果数据分布趋势比较明显,用简单的函数类别比较好;而且,不同的数据集对于选择不同的函数拟合方法也有很大的区别。因此,在选择拟合函数之前,我们需要对数据类型有很好的了解。
以上仅仅是其中的一部分思考方式,当然,需要做出最好的选择仍需要考虑要拟合的变量类型及其他特征等因素。
第二步:构造数据模型
我们可以使用matlab、Python、R等大众操作软件,也可以使用数学软件(比如Maple,Mathematica)制图、计算来帮助我们建立数据模型。通常情况下,建立数据模型需要通过足量的数据来计算,并且需要假定该模型可以应对未来的数据,从而进行预测。
我们执行以下步骤来完成数据模型首次构建。
1. 确认待拟合的数据集。
首先,我们需要确定我们想要进行拟合的数据集。对于有大量数据的项目的数据集,我们需要针对性地进行处理以提高拟合的效率。
2. 对数据集可视化。
通过做出可视化图,我们可以看到数据中所存在的一些趋势。通过这些趋势,我们可以决定哪些函数类别是适当的。
3. 确定拟合函数。
通过数据可视化,我们可以大致了解实际数据中所存在趋势。例如,如果数据配合为一条趋势线,那么我们可以选择一次多项式进行拟合。如果数据存在二次趋势线,则我们可以选择二次多项式来拟合数据。
第三步:优化模型参数
对于参数的优化。在选择好拟合函数后,通过它来拟合数据,这个过程中,我们需要确定参数。常见的方法是最小二乘法(Least Squares)
最小二乘法是一种最小化拟合误差平方和以确定参数的统计推理方法。我们在使用最小二乘法优化参数的过程中,需要考虑应变量与自变量之间的一些关系。例如,如果一个函数可以完全描述应变量与自变量之间的关系,那么我们的拟合误差平方和将是零。由于这不可能在大多数情况下实现,我们需要找到可以产生究竟不同误差的最优参数点。
最小二乘法即根据已知数据以确定未知参数值的方法。方法是构造一个拟合平面或者平抛面,使它和各个给定数据之间的误差平方和最小,从而确定拟合函数中的参数值。
在整个实际应用当中,可以参考最小二乘法的思想可能并不完全符合,但可以通过试验、迭代等手段,达到最优解。
结语
以上内容就是利用实际数据来获取函数规律并拟合函数的实用技巧。在将很多数据应用到拟合函数时,我们需要记住一些基本技巧,例如查看实际函数模型,计算模型的效力,用合适的拟合函数分析变量,注意需要考虑的手段以及检查模型的准确性等等。如果这些内容都能够得到充分演习,你就可以有效地利用实际数据来获取函数规律并获得准确的拟合。直接使用已经存在的算法程序算法库会节省我们大量时间,本文更多的是提供数据模拟和参数优化的思路,可以结合具体实际情况操作。
因此,正常常常练习,重新构造一个已知数据集的最小二次平面,并使用您的估计参数拟合未知数据,遵守这些基本规则将有助于您获得尽可能准确的预测结果。