1. Adatok közelítése. Bevezetés. 1-1 A közelítő függvény



Hasonló dokumentumok
1.1 Példa. Polinomok és egyenletek. Jaroslav Zhouf. Első rész. Lineáris egyenletek. 1 A lineáris egyenlet definíciója

FELADATOK A KALKULUS C. TÁRGYHOZ

18. Differenciálszámítás

Ingatlanfinanszírozás és befektetés

I. FEJEZET BICIKLIHIÁNYBAN

7. el adás Becslések és minta elemszámok fejezet Áttekintés

3.3 Fogaskerékhajtások

Hipotézis-ellenırzés (Statisztikai próbák)

Pályázat címe: Pályázati azonosító: Kedvezményezett: Szegedi Tudományegyetem Cím: 6720 Szeged, Dugonics tér

Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar. Feladatok a Gazdasági matematika I. tárgy gyakorlataihoz. Halmazelmélet

Tartalomjegyzék. Pemutáció 5 Ismétléses permutáció 8 Variáció 9 Ismétléses variáció 11 Kombináció 12 Ismétléses kombináció 13

Rudas Tamás: A hibahatár a becsült mennyiség függvényében a mért pártpreferenciák téves értelmezésének egyik forrása

Tranziens káosz nyitott biliárdasztalokon

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

képzetes t. z = a + bj valós t. a = Rez 5.2. Műveletek algebrai alakban megadott komplex számokkal

Általános statisztika II. Kriszt, Éva Varga, Edit Kenyeres, Erika Korpás, Attiláné Csernyák, László

A függvénysorozatok olyanok, mint a valós számsorozatok, csak éppen a tagjai nem valós számok,

6. MÉRÉS ASZINKRON GÉPEK

GAZDASÁGI MATEMATIKA 1. ANALÍZIS

Hosszmérés finomtapintóval 2.

5. Kombinatorika. 8. Legfeljebb hány pozitív egész számot adhatunk meg úgy, hogy semelyik kettő összege és különbsége se legyen osztható 2015-tel?

KAOTIKUS VAGY CSAK ÖSSZETETT? Labdák pattogása lépcsôn

A logaritmus függvény bevezetése és alkalmazásai

2 x. Ez pedig nem lehetséges, mert ilyen x racionális szám nincs. Tehát f +g nem veszi fel a 0-t.

Villamos gépek tantárgy tételei

Bevezetés a játékelméletbe Kétszemélyes zérusösszegű mátrixjáték, optimális stratégia

Az Európai Unió Tanácsa Brüsszel, március 30. (OR. en)

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

Orosz Gyula: Markov-láncok. 2. Sorsolások visszatevéssel

Matematika I. 9. előadás

Mátrixaritmetika. Tartalom:

Mérések, hibák. 11. mérés. 1. Bevezető

ANALÍZIS 1. I. VIZSGA január 11. Mérnök informatikus szak α-variáns Munkaidő: 90 perc., vagyis z 2 1p = i 1p = ( cos 3π 2 2

VALÓSZÍNŰSÉGSZÁMÍTÁS KÉPLETTÁR

Statisztikai programcsomagok

Walltherm rendszer. Magyar termék. 5 év rendszergaranciával. Felületfûtés-hûtés Épületszerkezet-temperálás padlófûtés

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

Példa: 5 = = negatív egész kitevő esete: x =, ha x 0

Az új építőipari termelőiár-index részletes módszertani leírása

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Sorbanállási modellek

A statisztika részei. Példa:

2. Halmazelmélet (megoldások)

Ingatlanok értékelése hozamszámítással

TENYÉSZTÉSES MIKROBIOLÓGIAI VIZSGÁLATOK II. 1. Mikroorganizmusok számának meghatározása telepszámlálásos módszerrel

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

VI.Kombinatorika. Permutációk, variációk, kombinációk

Tervezett erdőgazdálkodási tevékenységek bejelentése

DIGITÁLIS DOMBORZATMODELLEK ELŐÁLLÍTÁSI TECHNOLÓGIÁI ÉS MINŐSÉGI PARAMÉTEREI

Aronic Főkönyv kettős könyvviteli programrendszer

Gráfokkal megoldható hétköznapi problémák

ANALÓG-DIGITÁLIS ÉS DIGITÁLIS-ANALÓG ÁTALAKÍTÓK

2. AZ INFORMÁCIÓS TÁRSADALOM ÉRTELMEZÉSI DIFFERENCIÁINAK TERÜLETI KÖVETKEZMÉNYEI

A.26. Hagyományos és korszerű tervezési eljárások

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

A HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS

SOROK Feladatok és megoldások 1. Numerikus sorok

2. Hőmérséklet érzékelők vizsgálata, hitelesítése folyadékos hőmérő felhasználásával.

III. FEJEZET FÜGGVÉNYEK ÉS TULAJDONSÁGAIK

Nagyméretű nemlineáris közúti közlekedési hálózatok speciális analízise

Sztojka Miroszláv LINEÁRIS ALGEBRA Egyetemi jegyzet Ungvár 2013

Matematikai és matematikai statisztikai alapismeretek

8. előadás EGYÉNI KERESLET

Topográfia 7. Topográfiai felmérési technológiák I. Mélykúti, Gábor

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

HITELESÍTÉSI ELŐ ÍRÁS HIDEGVÍZMÉRŐ K KOMBINÁLT VÍZMÉRŐ K HE 6/3-2004

Távközlő hálózatok és szolgáltatások Kapcsolástechnika

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Méréselmélet PE_MIK MI_BSc, VI_BSc 1

Bináris keres fák kiegyensúlyozásai. Egyed Boglárka

MAGYARORSZÁG NYUGDÍJRENDSZERE ( ) Október 5-7.

19. Függvények rekurzív megadása, a mester módszer

EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM KLASSZIFIKÁCIÓ AZ ADATBÁNYÁSZATBAN

Számsorozatok. 1. Alapfeladatok december 22. sorozat határértékét, ha. 1. Feladat: Határozzuk meg az a n = 3n2 + 7n 5n létezik.

ASPEKTUS ÉS ESEMÉNYSZERKEZET A MAGYARBAN

Halmazok. Halmazelméleti lapfogalmak, hatványhalmaz, halmazm veletek, halmazm veletek azonosságai.

Sorozatok október 15. Határozza meg a következ sorozatok határértékeit!

Kosztolányi József Kovács István Pintér Klára Urbán János Vincze István. tankönyv. Mozaik Kiadó Szeged, 2013

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI VIZSGA ÁLTALÁNOS KÖVETELMÉNYEI

Egy lehetséges tételsor megoldásokkal

Mesterséges intelligencia 1 előadások

10.M ALGEBRA < <

Kalkulus II., második házi feladat

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Kevei Péter november 22.

ELŐZETES TÁJÉKOZTATÁSI DOKUMENTÁCIÓ [314/2012. (XI.8.) Korm.r. 37. szerinti teljes eljárás előzetes tájékoztatási szakaszhoz]

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

4. LECKE: DÖNTÉSI FÁK - OSZTÁLYOZÁS II. -- Előadás Döntési fák [Concepts Chapter 11]

CIVILEK A NYOMTATOTT SAJTÓBAN ÉRDEKÉRVÉNYESÍTÉS A MÉDIÁBAN 1

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Analízis 1. Írásbeli tételek. Készítette: Szántó Ádám Tavaszi félév

megoldásvázlatok Kalkulus gyakorlat Fizika BSc I/1, 1. feladatsor 1. Rajzoljuk le a számegyenesen az alábbi halmazokat!

MATEMATIKA évfolyam

KÉRDÉSEK_GÉPELEMEKBŐL_TKK_2016.

Csapágyak üzem közbeni vizsgálata a csavarhúzótól a REBAM 1 -ig 2

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok


Matematikai statisztika

Bánhalmi Árpád * Bakos Viktor ** MIÉRT BUKNAK MEG STATISZTIKÁBÓL A JÓ MATEKOSOK?

13. Tárcsák számítása. 1. A felületszerkezetek. A felületszerkezetek típusai

Az iparosodás és az infrastrukturális fejlődés típusai

Átírás:

Palácz Béla - Soft Computig - 11-1. Adatok közelítése 1. Adatok közelítése Bevezetés A természettudomáyos feladatok megoldásához, a vizsgált jeleségek, folyamatok főbb jellemzői közötti összefüggések ismeretére, azaz modelljére va szükség. Gyakra ezek az összefüggések az általáos természeti törvéyek alapjá, elméleti alapo levezethetők. Vaak azoba olya esetek is, amikor ilye összefüggések közvetleül em, vagy csak részbe ismertek. Ilyekor közvetle, tapasztalati ismeretekre kell támaszkoduk. A tapasztalati ismeretekből törtéő iformáció kiyerésével és eek alapjá törtéő modell alkotással a mesterséges taulás elmélete foglakozik. Ide tartozik a mitáko törtéő taulás módszerével törtő modellalkotás, az az eset amikor agyszámú mérési vagy egyéb tapasztalati adat áll redelkezésükre és eze adatok közötti kapcsolatokat kell modell formájába meghatározi. A keresett modellt egy függvéyel reprezetáljuk. A függvéy típusát, formáját felvesszük, kiválasztjuk, majd a függvéybe szereplő paramétereket úgy határozzuk meg az adatok alapjá, hogy azok legjobb közelítését kapjuk. 1-1 A közelítő függvéy Matematikailag a taulás problémáját úgy fogalmazhatjuk meg, hogy keresük egy olya, a valóságos modellt közelítő f függvéyt, amely f : X Ø Y ahol redelkezésükre állak a felállítadó modell bemeeti-kimeeti változóira voatkozó adatok {x HiL, y HiL }, i = 1,...,m és x HiL œx és y HiL œy. Mivel a valódi modell, azaz a közelítedő függvéy ismeretle, az f közelítő függvéyek olyaak kell leie, hogy bármilye függvéyt, bármilye mértékbe -másszóval tetszőlegese kicsiy hibával -képes legye közelítei. Azt modjuk, hogy a közelítő függvéyek uiverzális approximátorak kell leie. A legismertebb ilye függvéy típus a poliom. A klasszikus Weierstrass- tétel szerit az összes poliomok [a, b] itervallumo értelmezett halmaza P @a,bd,a p HxL = w i x i alakú algebrai poliomok sűrűek az [a, b] itervallumo folytoos függvéyek C[a, b] halmazá. Más szóval egy adott f œ C[a, b] függvéy és egy e > érték eseté létezik egy poliom pœ P @a,bd, úgy, hogy i = p (x) - f (x) < e

Adatok_közelítése_1_11.b mide x œ [a, b] eseté. Vaak azoba más függvéy típusok is, amelyek szité uiverzális approximátorok. A későbbiekbe a eurális hálózatok megismerése sorá ezekre látuk majd példákat. A modell típusáak megválasztása utá a modell paramétereit kell meghatározuk a redelkezésre álló adatok alapjá. 1- A közelítés mértéke Figyelembevéve, hogy a mérési adatok hibával terheltek, em kívájuk meg, hogy f Ix HiL M - y HiL = legye, hisze em akarjuk megtaítai a modellek a mérési hibákat (túltaulás jelesége), de megkívájuk, hogy f Ix HiL M º y HiL azaz a modell jól közelítse a mérési adatokat. A közelítés miőségéek kvatitatív jellemzésére a külöböző ormákat alkalmazhatuk. Többváltozós függvéy eseté azaz ha pl. Y Õ legáltaláosabb az ú. Hölder- vagy p- orma, amely alapjá a közelítés hibája: f j - y j p j=1 1 p ahol a j idex a vektorok j-edik kompoesére utal. A leggyakrabba alkalmazott az Euklideszi orma, azaz p =, f j - y j j=1 Ha a mérési potokba ezekek a hibákak a számtai átlaga, az ú. rezidium (maradék) kicsi akkor a függvéy jól közelít a mérési potokba. 1-3 A közelítés általáosítása A keresett f függvéyek azoba még egy másik agyo fotos tulajdosággal is redelkezie kell. Nevezetese, jó közelítést váruk el tőle olya xœx potokba is, amelyek em mérési potok, azaz ahol x x HiL egyetle i-re sem. Ez persze természetes, hisze éppe ebből a célból alkalmazuk közelítő függvéyt. Mikét elleőrizzük a függvéy eze tulajdoságát, amikor ebbe az esetbe em redelkezük adatokkal?! A megoldás az, hogy a redelkezésre álló adatok halmazát két részhalmazra botjuk, agyjából /3-1/3 aráyba. A agyobb részhalmazt tauló halmazak evezzük és eek segítségével határozzuk meg a paramétereket, majd az így előállított közelítő függvéyt elleőrizzük a kisebb ú. validációs halmazo. Abba az esetbe, ha a hiba (rezidium) a tauló és a validációs halmazo közelítőe megegyezik, akkor a közelítő függvéy jó geeralizácós (általáosító) képességgel redelkezik. Nézzük egy egyszerű poliomiális közelítést. 1.1. Példa Ebbe az esetbe a fokszám övelésével csökkethetjük a hibát a tauló halmazo (szélső esetbe iterpolációvá alakul a közelítés). Azoba ezzel egyidejűleg ő a közelítés hibája a validációs halmazo. Az alábbi ábrák az alultaulás, a megfelelő taulás és a túltaulás esetét szemléltetik.

Adatok_közelítése_1_11.b 3 6 4-4 4 1.1. ábra A tauló () és a validációs () halmaz potjai Lieáris közelítés y =.67188 +.7815 x 6 4-4 4 1.. ábra Alul taulás esete. A rezidium a tauló halmazo (), Q T = 1.36, a validációs halmazo ( ), Q V =.79 Másodfokú közelítés y =.61 +.78761 x +.1655 x

4 Adatok_közelítése_1_11.b 6 4-4 4 1.3. ábra Megfelelő taulás esete. A rezidium a tauló halmazo (o), Q T = 1.16, a validációs halmazo ( ), Q V =.97 Harmadfokú közelítés y =.1863 + 1.46114 x +.1171 x -.793749 x 3 6 4-4 4 1.4. ábra Túltaulás esete. A rezidium a tauló halmazo (), Q T = 1.6, a validációs halmazo ( ), Q V = 1.97 Megjegyzés A feti példáál a függvéy a keresett paraméterekbe lieáris volt, azaz például másodredű közelítést tekitve, y HxL = w x + w 1 x + w ahol a w i paramétereket direkt módo meghatározhatjuk, hisze eek érdekébe egy túlhatározott lieáris egyeletredszert kell csak megoldauk, y 1 = w x 1 + w 1 x 1 + w...................................... y i = w x i + w 1 x i + w.................................... y = w x + w 1 x + w ahol (x i, y i ) az i-edik adatpár. Vagyis az együtthatókra voatkozó lieáris egyeletredszer,

Adatok_közelítése_1_11.b 5 A w w 1 w ahol A egy 3 méretű mátrix és y egy elemű vektor. A direkt megoldás azt jeleti, hogy a keresett együtthatókat véges számú aritmetikai művelettel - a kerekítési hibáktól eltekitve- potosa meghatározhatjuk. = y 1-4 A paraméterek meghatározása, mit globális optimalizáció Mit láttuk, a függvéy típusáak megválasztása utá, aak paramétereit úgy kell meghatározi, hogy a közelítés hibája, azaz a rezidiuma kicsi legye. Ez egy optimalizációs feladat megoldását jeleti. Abba az esetbe ha a paraméterekbe (w i L a függvéy lieáris, f HxL = w i g i HxL j=1 ahol a g i (x) ú. bázisfüggvéyek akár emlieárisak - a feladat egy lieáris regresszióra egyszerűsödik, amely direkt módo megoldható (lásd korábbi Megjegyzés). Azoba ha a közelítő függvéy a paramétereket emlieáris formába tartalmazza, a feladat, mit emlieáris optimalizáció csak iterációval oldható meg, közelítő potossággal. Ezzel kapcsolatba a probléma kettős. Egyrészt általába em ismerjük az iteráció megfelelő kezdőértékeit, így az iterációs eljárás esetleg em lesz koverges. Másrészt, mivel több lokális miimum is lehetséges, még kovergecia eseté sem biztosított, hogy a globális miimumot találtuk meg. 1.. Példa Tekitsük az f (x) =.5 si (1.5 x) függvéyt. Állítsuk elő zajos "mérési" potokat az xœ[, 8] itervallumba! 3 1-1 -3 4 6 8 1.5 ábra A függvéy és a "zajos mérési adatok" Keressük a közelítő függvéyt az alábbi alakba, f (x) = a si (b x) A paraméterek meghatározása a közelítő függvéy és a mérési adatok közötti eltérés miimalizációjá alapul. Az

6 Adatok_közelítése_1_11.b A paraméterek meghatározása a közelítő függvéy és a mérési adatok közötti eltérés miimalizációjá alapul. Az eltérés agyságáak meghatározása, mit láttuk külöböző mértékek alkalmazásával lehetséges: a) a legkisebb égyzetek módszere értelmébe, azaz G Ha, bl = H f i - a si Hb x i LL i=1 Ezt p ormáak evezik és akkor célszerű alkalmazi, ha a hibák eloszlása ormális HGaussL eloszlást követ. b) az abszolút értékek összege alapjá, G Ha, bl = H f i - a si Hb x i LL Ezt p 1 ormáak evezik és akkor célszerű alkalmazi, ha kieső, hibás méréseik vaak HlehetekL. c) a legagyobb eltérés alapjá Ezt p ormáak HCsebisevL evezik. G Ha, bl = i=1 max H f i - a si Hb x i LL iœ1,..., Ha a hibák eloszlása egyeletes eloszlást követ, akkor ezt célszerű haszáli Hmi- max feladatl. Alkalmazzuk most a legkisebb égyzetek módszerét. Ekkor a miimalizáladó függvéy, G Ha, bl = H f i - a si Hb x i LL i=1 1.6 ábra A miimalizáladó hibafüggvéy az p orma eseté A szitvoalas ábrázolási módba jól kivetők a lokális miimumok helyei,

Adatok_közelítése_1_11.b 7 Látjuk, hogy több lokális miimum is va! 1.7 ábra A hibafüggvéy lokális miimumai 1.1 Táblázat Kezdő érték 8a, b < Miimumhely 8a, b< A hibafüggvéyértéke f Ha, bl 81.,.5< 8.967419,.55785< 63.31 81.,.5< 8.691571,.4137< 67.1169 8.5, 1.5< 8.57973, 1.4974<.1497 Attól függőe más-más miimumot kapuk, hogy hoa idult a lokális miimumkereső módszer iterációja!

8 Adatok_közelítése_1_11.b A globális miimum helye a =.57973 és b =1.4974. 1.8 ábra A hibafüggvéy globális miimuma (æ) A globális miimum meghatározása ehéz feladat! A következőkbe olya globális optimalizációs módszereket ismertetük, amelyek algoritmusai maguk is valamilye mesterséges taulási módszerre vezethetők vissza és hatékoya alkalmazhatók még agyszámú paraméter eseté is aélkül, hogy igéyelék a paraméterek közelítő értékeit, mit kezdeti értéket.