普通最小二乘法:估计未知参数

重点关注: 知道如何使用普通最小二乘法(OLS)估计未知参数。

如中所述上一个帖子通常需要估计接收机未知的参数。例如,如果在通信系统中遇到衰落信道,则需要估计信道响应并抵消接收期间的衰落影响。

假设和模型选择:

对于任何估计算法,都必须做出某些假设。主要假设之一是选择合适的模型进行估算。所选模型应产生最小的统计偏差,因此应提供“良好拟合”。通常使用度量来确定“拟合优度”。使用“似然比检验”、“Chi-Square检验”和“Akaike信息准则”等检验来衡量假设统计模型的优度,并对模型假设的有效性作出决定。

为了简单起见,我们只考虑多项式模型。

观测数据和最小二乘估计:

假设进行了一项实验,并观察到下表中的以下数据点。变量x是实验的输入年是获得的输出。输入变量通常被称为“回归量”、“自变量”、“操纵变量”等。同样,回归分析术语、输出变量或观测变量被称为”观测变量”、”解释变量“、”回归和“、”响应变量“等。

实验的目的是将实验拟合到具有适当参数的模型中。一旦我们知道了模型,我们就不再需要进行实验来确定任何给定任意输入的输出。我们需要做的就是使用模型并生成所需的输出。

估算算法的一般概述:

我们只有很少的数据点,在我们的案例中是四个。为了说明这一概念,我们将选择线性模型进行参数估计。高阶模型当然会提供更好的性能。记得!!!多项式阶数越多,待估计参数的数量越多,因此计算复杂度也就越高。有必要在所需性能和模型订单之间取得平衡。

我们假设数据点遵循线性趋势。因此,选择线性模型作为估计问题。

y=\alpha_2 x+\alpha_1

现在,估计问题简化为寻找参数\α_2 \字母_1 。我们可以将观测变量和输入变量之间的关系写成

下一步是基于最小二乘误差准则求解上述联立方程。根据标准\字母_1\α_2应该产生最小总平方误差注意带下划线的单词。

让我们为上述联立方程组定义术语“误差”。一个数据点的误差(模型参数的函数)是观测数据和估计模型数据之间的差异。

E_i(\alpha_1,\alpha_2)=y_i-\左(\alfa_2 x_i+\ alpha_1\右)

所有平方误差之和如下所示

下一步是求解\字母_1 \α_2 这使得总平方误差最小。

我们如何找到它?运用微积分来发现这一点。分别取的偏导数S公司 关于\α_2 \α_2 并将其设置为零。

求解上述联立方程得到以下解

因此,模型变成

y=3.577 x-9.923

使用矩阵求解:

联立方程组可以通过矩阵运算求解。在估计算法的DSP实现中,在矩阵域中工作通常很方便(尤其是当数据点数量增加时)。线性代数广泛用于在DSP处理器上实现估计算法。

上述数据点集可以用矩阵表示法表示为

定义,

联立方程组缩小为

Xα=Y

假设上述方程的解必须满足最小总平方误差$latex S(\alpha)$,

上述等式仅表示估计参数\帽子是的值\阿尔法 其中error函数S(阿尔法) 达到最小值。

上述联立方程是一个非常简单的例子。对于一般情况,

通常,上述联立方程可能没有唯一的解。当且仅当矩阵的所有列都存在时,才存在唯一解决方案X(X) 线性无关。此外,矩阵列X(X) 线性独立仅意味着它们彼此正交。因此,矩阵X(X) 是正交矩阵。

对于正交矩阵,转置和逆是等价的。那就是,

X^{-1}=X^T

在这种正交性条件下,

(X^T X){\alpha}=X^{T} Y(Y)

求解方法如下:,

\hat{\alpha}=(X^T X)^{-1}X^{T} Y(Y)

上述解决方案涉及矩阵的逆运算(X^T X)^{-1}直接计算矩阵求逆既麻烦又低效,尤其是在DSP中实现时,更不用说定点处理器的有限字长效应了。如果矩阵X(X) 无论多大,都有一个非常低条件数(即条件良好),如果是正定的,然后我们可以使用Cholesky分解来求解方程。

这将引导我们进入下一个主题:“Cholesky分解”

评价这篇文章:可怜的低于平均水平平均很好杰出的(6平均票数:3(共5个)

相关帖子

[1]估计理论导论
[2]估计量的偏差
[3]最小方差无偏估计(MVUE)
[4]最大似然估计
[5]最大似然解码
[6]概率与随机过程
[7]似然函数和最大似然估计(MLE)
[8]分数、费希尔信息和估计灵敏度
[9]Cramer-Rao下限(CRLB)简介
[10]标量参数估计的Cramer-Rao下界
[11]应用Cramer-Rao下界(CRLB)求最小方差无偏估计(MVUE)
[12]有效估计和CRLB
[13]相位估计的Cramer-Rao下限
[14]标准化CRLB——CRLB的另一种形式及其与估计灵敏度的关系
[15]向量参数估计的Cramer-Rao下限(CRLB)
[16]均方误差–为什么我们要将其用于估算问题
[17]如何使用普通最小二乘法(OLS)估计未知参数
[18]信号处理的基本初等矩阵代数
[19]为什么要进行Cholesky分解?示例案例:
[20]矩阵的正定性检验
[21]使用正向和反向替换求解三角形矩阵
[22]Cholesky因子分解-Matlab和Python
[23]随机信号的LTI系统模型–AR、MA和ARMA模型
[24]AR和ARMA模型的比较——平方误差最小化
[25]尤尔·沃克估计
[26]自相关(Correlogram)和持久性——时间序列分析
[27]线性模型-最小二乘估计(LSE)
[28]最佳线性无偏估计(蓝色)

作者的书籍

Matlab中的无线通信系统
Matlab中的无线通信系统
第二版(PDF)

可怜的低于平均水平平均很好杰出的(178平均票数:3.62(共5个)

使用Python的数字调制
使用Python的数字调制
(PDF电子书)

可怜的低于平均水平平均很好杰出的(131平均票数:3.57(共5个)

数字模块使用matlab图书封面
使用Matlab的数字调制
(PDF电子书)

可怜的低于平均水平平均很好杰出的(135平均票数:3.63共5个)

人工挑选的通信工程最佳书籍
信号处理最佳书籍

关于“普通最小二乘法:估计未知参数”的两点思考

  1. 估算模型阶数“N”可以通过几种方法完成。

    1) Akaike信息标准(AIC)
    2) 贝叶斯信息标准(BIC)
    3) 交叉验证
    4) 如果数据可以拟合到AR MA模型,则目视检查自相关函数(ACF)和部分自相关函数

    答复

发表您的宝贵意见!!!