让中学生能看懂的线性拟合最小二乘的证明

 

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我们有一组数据,每个对应着一个,于是有了另外个数据。现在假设数据大致分布在一条直线周围,我们要找出这条直线。

 

找的思路是这样的,假设这条直线是,因为会有误差,这些点,一般来说不会都在这条直线上。你把带进直线方程的右边的时候,得到都是数不一定正好是,就是说可能不是零。为了保证偏差最小,我们希望这个值最小。这就是最小二乘法的思想。那么取怎样的能让他最小呢?

 

遗憾的是,大部分给出的求的办法都是用拉格朗日乘数法。这个办法需要用多元微积分的知识才能解释,这是大学学习的内容。再不然就是什么矩阵范数什么的,是更高端的数学办法。网上也有人给出一些办法,是中学生也许能看懂,不过符号过于复杂,而且就是硬算,没有思想。这里哆嗒数学网的小编,给个中学生能看懂,而且有过程有思想,过程还很漂亮的办法。

 

第一步:计算平均数,这几个常数以后会用的。

 

     。

 

第二步:做变换,中学时候也说是变形的。

 

    

 

这篇文章最精彩的部分就是这个变形了。变形之后你会发现,平方和,而且能知道他是一条新的直线。对新的直线进行拟合,还是要最小。啊哦,是不是已经看到漂亮的轮廓了?当然好戏在后面。

 

第三步,当然计算不可少啦。

 

 

这令,那么可以进一步得到结果为。要让这个式子的值最小,当然是是让啦。

 

得到直线方程的结果。这个结果简直得太漂亮了!

 

最后一步,代回本来的结果啦。

 

 

 

即

 

就是说,令,就是我们经常见到的结果啦。

 

什么?最后一步不漂亮。额,这里说一个生活经验吧,当我看见一个远远看见一位“美女”的时候,那时是“盼望”,走近时还有“希望”,真正面相对时,咳咳——我很绝望。

 

 

 

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