超定方程-最小二乘解

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1、matlab超定方程最小二乘解2011-04-0906:36:47

2、分类：学习

3、标签：超定方程最小二乘

4、字号订阅根据解的存在情况，线性方程可以分为:有唯一解的恰定方程组，解不存在的超定方程组，有无穷多解的欠定方程组。对于方程组Ax=b，A为n×m矩阵，如果A列满秩，且n>m。则方程组没有精确解，此时称方程组为超定方程组。线性超定方程组经常遇到的问题是数据的曲线拟合。对于超定方程，在MATLAB中，利用左除命令（x=Ab）来寻求它的最小二乘解；还可以用广义逆来求，即x=pinv(A),所得的解不一定

5、满足Ax=b，x只是最小二乘意义上的解。左除的方法是建立在奇异值分解基础之上，由此获得的解最可靠；广义逆法是建立在对原超定方程直接进行householder变换的基础上，其算法可靠性稍逊与奇异值求解，但速度较快；独立方程个数大于独立的未知参数的个数的方程，称为超定方程，在matlab里面有三种方法求解，一是用伪逆法求解，x=pinv(A)*b,二是用左除法求解，x=Ab,三是用最小二乘法求解,x=lsqnonneg(A,b)(3)矩阵求逆行数和列数相等的矩阵称为方阵，只有方阵有逆矩阵。方阵的求逆函

6、数为：B=inv(A)该函数返回方阵A的逆阵。如果A不是方阵或接近奇异的，则会给出警告信息。在实际应用中，很少显式的使用矩阵的逆。在MATLAB中不是使用逆阵x=inv(A)*B来求线性方程组Ax=B的解，而是使用矩阵除法运算x=AB来求解。因为MATLAB设计求逆函数inv时，采用的是高斯消去法，而设计除法解线性方程组时，并不求逆，而是直接采用高斯消去法求解，有效的减小了残差，并提高了求解的速度。因此，MATLAB推荐尽量使用除法运算，少用求逆运算。(4)除法运算在线性代数中，只有矩阵的逆的定义

7、，而没有矩阵除法的运算。而在MATLAB中，定义了矩阵的除法运算。矩阵除法的运算在MATLAB中是一个十分有用的运算。根据实际问题的需要，定义了两种除法命令：左除和右除。矩阵左除：C=AB或C=mldivide(A,B)矩阵右除；C=A/B或C=mrdivide(A,B)通常矩阵左除不等于右除，如果A是方阵，AB等效于A的逆阵左乘矩阵B。也就是inv(A)*B。如果A是一个n*n矩阵，B是一个n维列向量，或是有若干这样的列的矩阵，则AB就是采用高斯消去法求得的方程AX=B的解。如果A接近奇异的

8、，MATLAB将会给出警告信息。如果A是一个m*n矩阵，其中m不等于n，B是一个m维列向量，或是由若干这样的列的矩阵，则X=AB是不定或超定方程组AX=B的最小二乘解。通过QR分解确定矩阵A的秩k，方程组的解X每一列最多只有k个非零元素。如果k

9、ustbematricesthathavethesamenumberofrows,unlessAisascalar,inwhichcaseABperformselement-wisedivision—thatis,AB=A.B.IfAisasquarematrix,ABisroughlythesameasinv(A)*B,exceptitiscomputedinadifferentway.IfAisann-by-nmatrixandBisacolumnvectorwithnelements,

10、oramatrixwithseveralsuchcolumns,thenX=ABisthesolutiontotheequationAX=B.AwarningmessageisdisplayedifAisbadlyscaledornearlysingular.IfAisanm-by-nmatrixwithm~=nandBisacolumnvectorwithmcomponents,oramatrixwithseveralsuchcolumns,thenX=ABisthesolutioninthe

11、leastsquaressensetotheunder-oroverdeterminedsystemofequationsAX=B.Inotherwords,Xminimizesnorm(A*X-B),thelengthofthevectorAX-B.TherankkofAisdeterminedfromtheQRdecompositionwithcolumnpivoting.ThecomputedsolutionXhasatmostknonzeroelementsp