0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Least Squares Fitting--Perpendicular Offsets

المؤلف:  Sardelis, D. and Valahas, T.

المصدر:  "Least Squares Fitting-Perpendicular Offsets." https://library.wolfram.com/infocenter/MathSource/5292/.

الجزء والصفحة:  ...

28-3-2021

2008

+

-

20

Least Squares Fitting--Perpendicular Offsets

LeastSquaresOffsets

In practice, the vertical offsets from a line (polynomial, surface, hyperplane, etc.) are almost always minimized instead of the perpendicular offsets. This provides a fitting function for the independent variable X that estimates y for a given x (most often what an experimenter wants), allows uncertainties of the data points along the x- and y-axes to be incorporated simply, and also provides a much simpler analytic form for the fitting parameters than would be obtained using a fit based on perpendicular offsets.

The residuals of the best-fit line for a set of n points using unsquared perpendicular distances d_i of points (x_i,y_i) are given by

 R__|_=sum_(i=1)^nd_i.

(1)

Since the perpendicular distance from a line y=a+bx to point i is given by

 d_i=(|y_i-(a+bx_i)|)/(sqrt(1+b^2)),

(2)

the function to be minimized is

 R__|_=sum_(i=1)^n(|y_i-(a+bx_i)|)/(sqrt(1+b^2)).

(3)

Unfortunately, because the absolute value function does not have continuous derivatives, minimizing R__|_ is not amenable to analytic solution. However, if the square of the perpendicular distances

 R__|_^2=sum_(i=1)^n([y_i-(a+bx_i)]^2)/(1+b^2)

(4)

is minimized instead, the problem can be solved in closed form. R__|_^2 is a minimum when

 (partialR__|_^2)/(partiala)=2/(1+b^2)sum_(i=1)^n[y_i-(a+bx_i)](-1)=0

(5)

and

 (partialR__|_^2)/(partialb)=2/(1+b^2)sum_(i=1)^n[y_i-(a+bx_i)](-x_i)+sum_(i=1)^n([y_i-(a+bx_i)]^2(-1)(2b))/((1+b^2)^2)=0.

(6)

The former gives

a = (sum_(i=1)^(n)y_i-bsum_(i=1)^(n)x_i)/n

(7)

= y^_-bx^_,

(8)

and the latter

 (1+b^2)sum_(i=1)^n[y_i-(a+bx_i)]x_i+bsum_(i=1)^n[y_i-(a+bx_i)]^2=0.

(9)

But

[y-(a+bx)]^2 = y^2-2(a+bx)y+(a+bx)^2

(10)

= y^2-2ay-2bxy+a^2+2abx+b^2x^2,

(11)

so (10) becomes

(1+b^2)(sum_(i=1)^(n)x_iy_i-asum_(i=1)^(n)x_i-bsum_(i=1)^(n)x_i^2)+b(sum_(i=1)^(n)y_i^2-2asum_(i=1)^(n)y_i-2bsum_(i=1)^(n)x_iy_i+a^2sum_(i=1)^(n)1+2absum_(i=1)^(n)x_i+b^2sum_(i=1)^(n)x_i^2)=0

(12)

[(1+b^2)(-b)+b(b^2)]sum_(i=1)^(n)x_i^2+[(1+b^2)-2b^2]sum_(i=1)^(n)x_iy_i+bsum_(i=1)^(n)y_i^2+[-a(1+b^2)+2ab^2]sum_(i=1)^(n)x_i-2absum_(i=1)^(n)y_i+ba^2sum_(i=1)^(n)1=0

(13)

-bsum_(i=1)^(n)x_i^2+(1-b^2)sum_(i=1)^(n)x_iy_i+bsum_(i=1)^(n)y_i^2+a(b^2-1)sum_(i=1)^(n)x_i-2absum_(i=1)^(n)y_i+ba^2n=0.

(14)

Plugging (◇) into (14) then gives

 -bsum_(i=1)^nx_i^2+(1-b^2)sum_(i=1)^nx_iy_i+bsum_(i=1)^ny_i^2+1/n(b^2-1)(sum_(i=1)^ny_i-bsum_(i=1)^nx_i)sum_(i=1)^nx_i-2/n(sum_(i=1)^ny_i-bsum_(i=1)^nx_i)bsum_(i=1)^ny_i+b/n(sum_(i=1)^ny_i-bsum_(i=1)^nx_i)^2 
=0

(15)

After a fair bit of algebra, the result is

 b^2+(sum_(i=1)^(n)y_i^2-sum_(i=1)^(n)x_i^2+1/n[(sum_(i=1)^(n)x_i)^2-(sum_(i=1)^(n)y_i)^2])/(1/nsum_(i=1)^(n)x_isum_(i=1)^(n)y_i-sum_(i=1)^(n)x_iy_i)b-1=0.

(16)

So define

B = 1/2([sum_(i=1)^ny_i^2-1/n(sum_(i=1)^ny_i)^2]-[sum_(i=1)^nx_i^2-1/n(sum_(i=1)^nx_i)^2])/(1/nsum_(i=1)^nx_isum_(i=1)^ny_i-sum_(i=1)^nx_iy_i)

(17)

= 1/2((sum_(i=1)^ny_i^2-ny^_^2)-(sum_(i=1)^nx_i^2-nx^_^2))/(nx^_y^_-sum_(i=1)^nx_iy_i),

(18)

and the quadratic formula gives

 b=-B+/-sqrt(B^2+1),

(19)

with a found using (◇). Note the rather unwieldy form of the best-fit parameters in the formulation. In addition, minimizing R__|_^2 for a second- or higher-order polynomial leads to polynomial equations having higher order, so this formulation cannot be extended.


REFERENCES:

Sardelis, D. and Valahas, T. "Least Squares Fitting-Perpendicular Offsets." https://library.wolfram.com/infocenter/MathSource/5292/.

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد