天气参数预测:回归模型与神经网络方法
1. 多项式回归模型
1.1 基本原理
当因变量和解释变量之间的关系呈曲线时,可使用多项式回归模型,它能用多项式来表示这种关系。例如,在温度预测中,图中黑线表示 12 小时的温度读数,红色虚线表示三次回归直线,可用于预测下一次的温度读数。
对于单变量的 $n$ 阶多项式可表示为:
[y = \beta_0 + \beta_1x + \beta_2x^2 + \cdots + \beta_nx^n + \epsilon]
其中:
- $y$:因变量的预测值
- $\beta_0$:$y$ 轴截距(当所有其他参数设为零时 $y$ 的值)
- $\beta_1$:自变量一次方的回归系数
- $\beta_n$:自变量 $n$ 次方的回归系数
- $\epsilon$:模型误差,即 $y$ 估计值的变化
多项式回归模型可以用矩阵形式表示,通过普通最小二乘法(OLS)和 QR 分解来估计回归系数。
1.2 操作步骤
多项式回归模型的操作步骤如下:
1. 根据公式(7.7),从第一个自变量数组(double [] var1)生成设计矩阵,其中有一列全为 1 用于表示 $Y$ 轴截距。
2. 从第二个自变量(double [] var2)创建响应数组。
3. 使用设计矩阵和输出向量创建OLSMultipleLinearRegression模型。
4. 使用 QR 分解计算最小二乘解