exponenta event banner

Фитинг поверхности к данным Franke

Приложение Curve Fitting предоставляет некоторые примеры данных, созданных из двумерной тестовой функции Franke. Эти данные подходят для проверки различных параметров подгонки в приложении «Фитинг кривой».

Чтобы загрузить данные примера и создать, сравнить и экспортировать посадки поверхности, выполните следующие действия.

  1. Чтобы загрузить данные примера для использования в приложении «Фитинг кривой», введите load franke в командной строке MATLAB ®. Переменныеx, y, и z появится в рабочей области.

    Пример данных генерируется из двумерной тестовой функции Franke с добавлением шума и масштабированием, чтобы создать подходящие данные для проверки различных настроек подгонки в приложении «Фитинг кривой». Для получения подробной информации о функции Franke см. следующий документ:

    Franke, R., Spectered Data Interpolation: Test of Some Methods, Mathematics of Computation 38 (1982), pp. 181-200.

  2. Чтобы разделить данные на данные подгонки и проверки, введите следующий синтаксис:

    xv = x(200:293);
    yv = y(200:293);
    zv = z(200:293);
    x = x(1:199);
    y = y(1:199);
    z = z(1:199); 

  3. Чтобы подогнать поверхность с помощью данных примера, выполните следующие действия.

    1. Открыть приложение «Фитинг кривой». Введите cftoolили выберите пункт Фитинг кривой (Curve Fitting) на вкладке Приложения (Apps).

    2. Выберите переменные x, y, и z в интерактивном режиме в приложении «Фитинг кривой».

      Можно также указать переменные при вводе cftool(x,y,z) для открытия приложения «Фитинг кривой» (при необходимости) и создания посадки по умолчанию.

    Приложение «Фитинг кривой» отображает точки данных при выборе переменных. При выборе x, y, и zинструмент автоматически создает подгонку поверхности по умолчанию. Аппроксимация по умолчанию - это интерполированная поверхность, которая проходит через точки данных.

  4. Попробуйте использовать тип подгонки Lowess. Выберите Lowess тип посадки из раскрывающегося списка в приложении «Фитинг кривой».

    Приложение «Фитинг кривой» создает локальную сглаживающую регрессионную подгонку.

  5. Попробуйте изменить параметры подгонки. Войти 10 в поле редактирования «Диапазон».

    Уменьшив диапазон от значения по умолчанию до 10% от общего числа точек данных, вы создадите поверхность, которая будет более точно следовать за данными. Диапазон определяет соседние точки данных, используемые панелью инструментов для определения каждого сглаженного значения.

  6. Изменить имя вписывания в Smoothing regression.

  7. Если на шаге 2 данные были разделены на данные подгонки и проверки, выберите эти данные проверки. Используйте данные проверки, чтобы проверить, что поверхность является хорошей моделью, сравнивая ее с некоторыми другими данными, не используемыми для подгонки.

    1. Выберите «Вписать» > «Указать данные проверки». Откроется диалоговое окно Указать данные проверки (Specify Validation Data).

    2. Выберите переменные проверки в выпадающих списках для ввода X, ввода Y и вывода Z: xv, yv, и zv.

    Просмотрите выбранные данные проверки на графиках и статистику проверки (SSE и RMSE) на панели Результаты (Results) и в Таблице посадок (Table of Fits).

  8. Создайте другое вписывание для сравнения путем создания копии текущего вписывания поверхности. Выберите «Вписать» > «Копировать» «Сглаживание регрессии» или щелкните правой кнопкой мыши вписывание в таблице посадок и выберите «Копировать».

    Инструмент создает новую фигуру подгонки с теми же параметрами подгонки, данными и данными проверки. Он также добавляет новую строку в таблицу посадок внизу.

  9. Изменение типа посадки на Polynomial и измените имя посадки на Polynomial.

  10. Изменение степеней x и y на 3для размещения кубического многочлена в обоих измерениях.

  11. Посмотрите на шкалы по осям x и y и прочитайте предупреждающее сообщение на панели «Результаты»:

    Equation is badly conditioned. Remove repeated data points
             or try centering and scaling.
    

    Установите флажок Центр и масштаб (Center and scale), чтобы нормализовать и скорректировать большую разницу в весах x и y.

    Нормализация посадки поверхности удаляет предупреждающее сообщение с панели Результаты (Results).

  12. Посмотрите на панель «Результаты». При необходимости можно просмотреть (и скопировать):

    • Уравнение модели

    • Значения оценочных коэффициентов

    • Статистика благонадежности

    • Достоверность статистики валидации

    Linear model Poly33:
         f(x,y) = p00 + p10*x + p01*y + p20*x^2 + p11*x*y...
                        + p02*y^2 + p30*x^3 + p21*x^2*y 
                        + p12*x*y^2 + p03*y^3
           where x is normalized by mean 1977 and std 866.5
           and where y is normalized by mean 0.4932 and std 0.29
    Coefficients (with 95% confidence bounds):
           p00 =      0.4359  (0.3974, 0.4743)
           p10 =     -0.1375  (-0.194, -0.08104)
           p01 =     -0.4274  (-0.4843, -0.3706)
           p20 =      0.0161  (-0.007035, 0.03923)
           p11 =     0.07158  (0.05091, 0.09225)
           p02 =    -0.03668  (-0.06005, -0.01332)
           p30 =     0.02081  (-0.005475, 0.04709)
           p21 =     0.02432  (0.0012, 0.04745)
           p12 =    -0.03949  (-0.06287, -0.01611)
           p03 =      0.1185  (0.09164, 0.1453)
    
    Goodness of fit:
      SSE: 4.125
      R-square: 0.776
      Adjusted R-square: 0.7653
      RMSE: 0.1477
    
    Goodness of validation:
      SSE : 2.26745
      RMSE : 0.155312
    

  13. Чтобы экспортировать эту информацию о вписывании в рабочую область, выберите «Вписать» > «Сохранить в рабочую область». Выполнение этой команды также экспортирует другую информацию, такую как количество наблюдений и параметров, остатки и подогнанная модель.

    Подобранную модель можно рассматривать как функцию для прогнозирования или оценки поверхности при значениях X и Y. Дополнительные сведения см. в разделе Экспорт посадки в рабочую область.

  14. Отображение графика остатков для проверки распределения точек относительно поверхности. Нажмите кнопку на панели инструментов или выберите «Вид» > «Остатки» «Печать».

  15. Щелкните правой кнопкой мыши график остатков, чтобы выбрать вид Перейти к X-Z. Представление X-Z не требуется, но оно облегчает просмотр для удаления отклонений.

  16. Чтобы удалить отклонения, нажмите кнопку на панели инструментов или выберите «Сервис» > «Исключить отклонения».

    Когда курсор мыши перемещается на график, он изменяется на перекрестие, показывающее, что вы находитесь в режиме выбора отклонений.

    1. Щелкните точку, которую необходимо исключить из графика поверхности или графика остатков. Можно также щелкнуть и перетащить, чтобы определить прямоугольник и удалить все замкнутые точки.

      Удаленная точка графика отображается на графиках красной звездой.

    2. Если выбран параметр Автоподгонка (Auto-fit), приложение «Фитинг кривой» (Curve Fitting) изменяет форму поверхности без точки. В противном случае можно нажать кнопку Вписать (Fit), чтобы вписать поверхность.

    3. Чтобы вернуться в режим поворота, снова нажмите кнопку панели инструментов, чтобы отключить режим исключения отклонений.

  17. Чтобы сравнить посадки бок о бок, используйте инструменты мозаики. Выберите меню «Окно» > «Левая/правая плитка» или используйте кнопки панели инструментов.

  18. Просмотрите информацию в таблице посадок. Сравните статистику соответствия для всех соответствий в вашей сессии, чтобы определить, какая из них лучше всего.

  19. Для сохранения интерактивного сеанса фитинга поверхности выберите «Файл» > «Сохранить сеанс». Можно сохранять и перезагружать сеансы для доступа к нескольким посадкам. Файл сеанса содержит все посадки и переменные в сеансе и запоминает макет.

  20. После интерактивного создания и сравнения посадок можно создать код для всех посадок и графиков в сессии приложения «Фитинг кривой». Выберите «Файл» > «Создать код».

    Приложение «Фитинг кривой» генерирует код из сессии и отображает файл в редакторе MATLAB. Файл включает все посадки и графики в текущей сессии.

  21. Сохраните файл с именем по умолчанию, createFits.m.

  22. Можно воссоздать посадки и графики, вызвав файл из командной строки (с исходными данными или новыми данными в качестве входных аргументов). В этом случае исходные переменные по-прежнему отображаются в рабочей области.

    • Выделите и оцените первую строку файла (за исключением слова function). Щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Вычислить», нажмите «F9» или скопируйте и вставьте в командную строку следующее:

      [fitresult, gof] = createFits(x, y, z, xv, yv, zv)

    • Функция создает окно фигуры для каждого вписывания в сессии. Обратите внимание, что на рисунке аппроксимации полинома показаны графики поверхности и остатков, созданные в интерактивном режиме в приложении «Фитинг кривой».

    • Если требуется, можно использовать созданный код в качестве начальной точки для изменения посадок поверхности и графиков в соответствии с требованиями пользователя. Список методов, которые можно использовать, см. в разделе sfit.

Дополнительные сведения обо всех параметрах посадки и инструментах сравнения посадок см. в разделе: