递推最小二乘法——python程序

基于Python用算法分析波士顿房价数据

算法引用的数据为python自带的波士顿房价数据。代码如下:

# data 第一列为标记值
# data 后几列为特征向量
# initialTheta 为需要求得的theta
import numpy as np
import sklearn.datasets
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import mean_squared_error
import matplotlib as mpl
import matplotlib.pyplot as plt
import warnings

###################
## data 第一列为真值,后面所有列为特征
## initialTheta 估算的权值初值
## featureNum 特征的个数
def RLS_Fun(data, initialTheta, featureNum):
    Theta = initialTheta
    P = 10 ** 6 * np.eye(featureNum)
    lamda = 1
    for i in range(len(data)):
        featureMatrix = data[i][1:]
        featureMatrix = featureMatrix.reshape(featureMatrix.shape[0], 1)
        y_real = data[i][0]
        K = np.dot(P, featureMatrix) / (lamda + np.dot(np.dot(featureMatrix.T, P), featureMatrix))
        Theta = Theta + np.dot(K, (y_real - np.dot(featureMatrix.T, Theta)))
        P = np.dot((np.eye(featureNum) - np.dot(K, featureMatrix.T)), P)
    return Theta


if __name__ == '__main__':
    warnings.filterwarnings(action='ignore')
    dataInitial = sklearn.datasets.load_boston()
    x = np.array(dataInitial.data)
    y = np.array(dataInitial.target)
    y = y.reshape((y.shape[0], 1))
    x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x, y, train_size=0.7, random_state=0)
    data = np.concatenate((y_train, x_train), axis=1)
    featureNum = np.shape(x)[1]  # 有几个特征
    initialTheta = 0.5 * np.ones((featureNum, 1))
    Theta = RLS_Fun(data, initialTheta, featureNum)
    y_pred = np.dot(x_test, Theta)
    mse = mean_squared_error(y_test, y_pred)
    print('均方误差:', mse)
    t = np.arange(len(y_pred))
    mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['simHei']
    mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
    plt.figure(facecolor='w')
    plt.plot(t, y_test, 'r-', lw=2, label='真实值')
    plt.plot(t, y_pred, 'g-', lw=2, label='估计值')
    plt.legend(loc='best')
    plt.title('波士顿房价预测', fontsize=18)
    plt.xlabel('样本编号', fontsize=15)
    plt.ylabel('房屋价格', fontsize=15)
    plt.grid()
    plt.show()

 

 

### 递推最小二乘与ICP算的关系 递推最小二乘(Recursive Least Squares, RLS)是一种动态更新参数的方,适用于在线数据处理场景。它通过对新观测值的不断加入来实时调整模型参数,从而减少计算复杂度并提高效率[^3]。 ICP(Iterative Closest Point)算的核心思想是通过迭代寻找两组点云之间的最佳刚体变换矩阵,使得它们尽可能重合。具体来说,在每次迭代过程中,ICP会找到源点集中的每一个点在目标点集中对应的最近邻点,并基于这些对应关系计算最优旋转和平移向量以减小两者间的距离偏差[^4]。 尽管RLS主要用于回归分析等领域,而ICP专注于几何配准问题,但从本质上讲,二者都涉及到了某种形式上的“优化”。实际上,可以将ICP视为一种特殊的非线性最小化问题解决策略;如果我们将每一对匹配好的点看作独立样本,则整个过程也可以被解释为寻求使残差平方和达到极小化的解决方案——这正是标准意义下的最小二乘估计的目标所在[^5]。 因此,在某些特定条件下或者经过适当改造之后,我们可以尝试把RLS的思想引入到传统意义上的ICP框架当中去: - **加速收敛速度**: 利用先前积累的知识快速响应当前变化趋势; - **降低内存需求**: 只需存储少量历史信息而非全部原始数据即可完成新一轮估算工作; - **增强鲁棒性能**: 面对噪声干扰等情况表现出更强适应能力。 然而需要注意的是,由于实际工程环境中往往存在诸多不确定因素影响最终效果,所以在真正实施之前还需要充分考虑各种可能存在的约束条件及其相互作用机制等问题[^6]。 ### 应用场景 #### 工业制造领域 在工业自动化生产线中,机器人视觉系统经常需要用到精确的空间定位技术来进行工件抓取操作。此时可以通过结合使用激光扫描仪获取物体表面三维坐标信息后再调用改进版ICP配合RLS共同完成姿态校正任务,确保装配精度满足设计要求的同时还能有效缩短周期时间成本投入产出比更优[^7]。 ```python import numpy as np def icp(source_points, target_points): """ A simplified version of the ICP algorithm. Parameters: source_points (numpy.ndarray): The set of points to be aligned with `target_points`. target_points (numpy.ndarray): Reference point cloud. Returns: tuple: Transformation matrix and final alignment error. """ prev_error = float('inf') tolerance = 1e-6 while True: # Find nearest neighbors between two sets of points... # Estimate transformation parameters via weighted least squares method... transformed_source = apply_transformation(source_points) current_error = compute_alignment_error(transformed_source, target_points) if abs(prev_error - current_error) < tolerance: break prev_error = current_error return get_final_transform(), current_error # Example usage omitted due to space constraints. ``` #### 自动驾驶汽车环境感知模块开发项目里头也少不了这类工具的身影呢!因为要依靠传感器融合手段综合判断周围障碍物的确切方位角度大小等等属性特征嘛~所以这里就不赘述啦😊
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