《參數(shù)的最小二乘法估計.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《參數(shù)的最小二乘法估計.ppt（69頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第五章參數(shù)的最小二乘法估計,主要內(nèi)容,1最小二乘法原理2線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法3非線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法4組合測量,數(shù)學工具,關(guān)于最小二乘法,算術(shù)平均值，依據(jù)使殘差的平方和為最小的原則組合測量的問題擬合經(jīng)驗公式等,最小二乘法典型應用,最小二乘法發(fā)展,200多年的歷史；天文和大地測量；近代矩陣理論與電子計算機經(jīng)典的最小二乘法及其在組合測量的應用深入的內(nèi)容可參閱專門的書籍和文獻,第一節(jié)最小二乘法原理,從一組測量值中尋找最可信賴值,∝,測得值同時出現(xiàn)的概率為,最可信賴值滿足,最可信賴值；P為最大；式中負指數(shù)中因子達最小,微分法得最可信賴值,（1）最小絕對殘差和法：,小結(jié),從一組測量數(shù)據(jù)中求得最佳結(jié)果，還可使用其它原理。例如,最可信賴值是在殘差平方和或加權(quán)殘差平方和為最小的意義下求得的，稱之為最小二乘法原理。,（3）最小廣義極差法：,（2）最小最大殘差法：,主要內(nèi)容,最小二乘法原理線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法非線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法組合測量,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,先舉一個實際遇到的測量問題，為精密測定三個電容值:采用的測量方案是，分別等權(quán)、獨立測得,列出待解的數(shù)學模型。這是一個組合測量的問題。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,如為精密測定1號、2號和3號電容器的電容量,測得值,待解的數(shù)學模型,待求量,為了獲得更可靠的結(jié)果，測量次數(shù)總要多于未知參數(shù)的數(shù)目,組合測量，指直接測量一組被測量的不同組合值，從它們相互所依賴的若干函數(shù)關(guān)系中，確定出各被測量的最佳估計值。,,,,,,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,這是一個超定方程組，即方程個數(shù)多于待求量個數(shù)，不存在唯一的確定解，事實上，考慮到測量有誤差，記它們的測量誤差分別為，按最小二乘法原理,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,分別對求偏導數(shù)，令它們等于零，得如下的確定性方程組。,(x1-0.3)+(x1+x3-0.5)=0(x2+0.4)+(x2+x3+0.3)=0(x1+x3-0.5)+(x2+x3+0.3)=0,x1=0.325,x2=-0.425,x3=0.150,可求出唯一解,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,以下，一般地討論線性參數(shù)測量方程組的最小二乘解及其精度估計。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,一、正規(guī)方程組,設(shè)線性測量方程組的一般形式為：,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,即,式中，有n個直接測得值，t個待求量。n>t,各等權(quán)，無系統(tǒng)誤差和粗大誤差。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,上式分別對求偏導數(shù)，且令其等于零，經(jīng)推導得,應當滿足,式中，，分別為如下列向量,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,和分別為如下兩列向量的內(nèi)積：,,,,,=,,=,,正規(guī)方程組有如下特點：,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,測量方程組系數(shù)與正規(guī)方程組系數(shù),第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,（1）主對角線系數(shù)是測量方程組各列系數(shù)的平方和，全為正數(shù)。（2）其它系數(shù)關(guān)于主對角線對稱（3）方程個數(shù)等于待求量個數(shù)，有唯一解。由此可見，線性測量方程組的最小二乘解歸結(jié)為對線性正規(guī)方程組的求解。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,二、正規(guī)方程組的矩陣形式,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,為了便于進一步討論問題，下面借助矩陣工具給出正規(guī)方程組的矩陣形式。記列向量,,,,,和nt階矩陣,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,則測量方程組可記為：,測量殘差方程組記為,V=L-AX,最小二乘原理記為,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,利用矩陣的導數(shù)及其性質(zhì)有,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,令,，得正規(guī)方程組的矩陣形式。,,展開系數(shù)矩陣和列向量，可得代數(shù)形式的正規(guī)方程組。當滿秩的情形，可求出,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,小結(jié),第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,線性測量方程組的一般形式為,測量殘差方程組,,含有隨機誤差,,矩陣形式,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,最小二乘法原理式,求導,正規(guī)方程組,正規(guī)方程組解,,,不等權(quán),,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,三、精度估計,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,對測量數(shù)據(jù)的最小二乘法處理，其最終結(jié)果不僅要給出待求量的最可信賴值，還要確定其可信賴程度，即估計其精度。具體內(nèi)容包含有兩方面：一是估計直接測量結(jié)果的精度；二是估計待求量的精度。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,1．直接測量結(jié)果的精度估計,對t個未知量的線性測量方程組進行n次獨立的等精度測量，得其殘余誤差為；標準偏差。如果服從正態(tài)分布，那么服從分布，其自由度n-t，有變量的數(shù)學期望。,,,,,,,,,,即有,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,令t=1，由上式又導出了Bessel公式。,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,2．待求量的精度估計,按照誤差傳播的觀點，估計量的精度取決于直接測量數(shù)據(jù)的精度以及建立它們之間聯(lián)系的測量方程組。,,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,可求待求量的協(xié)方差,,矩陣,,各元素可由矩陣求逆得，也可由下列各方程組分別解得,,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,d11,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,d21,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,dt1,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,,是直接測量數(shù)據(jù)的標準差，可按,,估計,待求量,的方差,,矩陣,中對角元素,就是誤差傳播系數(shù),第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,待求量與的相關(guān)系數(shù),,,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,小結(jié),第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,1、直接測量結(jié)果的標準差估計,（加權(quán)）,未知量個數(shù),方程個數(shù),,,,,,,殘差,,,2、待求量的標準差估計,直接測量量的標準差,,,對角元素,,誤差傳播系數(shù),3、待求量與的相關(guān)系數(shù),元素,,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,例2為精密測定1號、2號和3號電容器的電容量，進行了等權(quán)、獨立、無系統(tǒng)誤差的測量。測得1號電容值，2號電容值，1號和3號并聯(lián)電容值，2號和3號并聯(lián)電容值。試用最小二乘法求及其標準偏差。,【解】,列出測量殘差方程組,代數(shù)求解過程,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,代數(shù)法求解例.doc,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,即,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,代入殘差方程組，計算,第二節(jié)線性參數(shù)的最小二乘法,主要內(nèi)容,最小二乘法原理線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法非線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法組合測量,第三節(jié)非線性參數(shù)的最小二乘法,第三節(jié)非線性參數(shù)的最小二乘法,例3,在例2的基礎(chǔ)上，再增加一次測量串聯(lián)電容，測得。試用最小二乘法求及其標準偏差。,【解】,列出非線性測量方程組,,第三節(jié)非線性參數(shù)的最小二乘法,6次迭代結(jié)果,第三節(jié)非線性參數(shù)的最小二乘法,主要內(nèi)容,最小二乘法原理線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法非線性測量方程組中參數(shù)的最小二乘法組合測量,第四節(jié)組合測量應用舉例,例4,要求檢定絲紋尺0，1，2，3刻線間的距離。已知用組合測量法測得圖所示刻線間隙的各種組合量。試用最小二乘法求及其標準偏差。,第四節(jié)組合測量應用舉例,計算步驟,第四節(jié)組合測量應用舉例,,,,,,第四節(jié)組合測量應用舉例,第四節(jié)組合測量應用舉例,