تقریب منحنی رگرسیون اسپلاین با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران.

چکیده
برازش منحنی یک ابزار مهم در آنالیز داده ها و مدل سازی هندسی و دیگر کاربردهای مهندسی به شمار می آید. زمانی که شکل تابع داده های اندازه گیری شده پیچیده باشد، تخمین منحنی تابع از طریق یک تابع چندجمله ای دشوار می شود. عموماً، در این شرایط از توابع اسپلاین به دلیل دقت بالاتر و تقریب هموارتر نسبت به بقیه ی توابع تقریب استفاده می شود. اغلب به منظور یک برازش مناسب با استفاده از یک اسپلاین، تعداد و محل گره ها مشخص نیست. لذا، در این مقاله یک الگوریتم ژنتیک برای تعیین هم زمان تعداد و محل نقاط گره بر مبنای تابع هدف حداقل خطاها بدون هیچ فرض محدود کننده ای ارائه شده است که در الگوریتم پیشنهادی از روش های برآورد حداکثر درست نمایی و حداقل مربعات خطا برای برازش منحنی استفاده شده است. همچنین عملکرد الگوریتم پیشنهادی در برازش منحنی با استفاده از دو روش ذکر شده با چند نمونه عددی ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی در مقایسه رویکردهای پیشنهادی در برازش منحنی، زمانی که توزیع مشاهدات نرمال باشد حاکی از عملکرد بهتر روش حداقل مربعات خطا است. در حالی که مزیت عمده الگوریتم پیشنهادی بر اساس روش برآورد حداکثر درست نمایی، قابلیت استفاده آن برای کلیه توزیع های آماری است. سرانجامً، با یک مورد کاربردی نیز عملکرد رویکرد پیشنهادی نشان داده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Approximation of spline regression curves using the genetic algorithm

نویسندگان English

Mehdi Bashiri
Fatemeh Vakilian
Fatemeh Soghandi
Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Shahed University, Tehran, Iran.
چکیده English

Curve fitting is an important tool in data analysis, geometric modeling, and other engineering applications. When the shape of the measured data function is complex, estimating the curve using a polynomial function becomes difficult. In such cases, spline functions are generally preferred due to their higher accuracy and smoother approximation compared to other approximation functions. Often, for proper spline fitting, the number and locations of knots are unknown. Therefore, this paper presents a genetic algorithm to simultaneously determine the number and positions of knots based on a minimum error objective function without any restrictive assumptions. The proposed algorithm employs both the maximum likelihood estimation and least squares error methods for curve fitting. The performance of the proposed algorithm is evaluated using numerical examples with both methods. Simulation results indicate that when observations follow a normal distribution, the least squares method performs better. However, the main advantage of the maximum likelihood-based approach is its applicability to all statistical distributions. Finally, the effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a practical case study.

کلیدواژه‌ها English

Spline function, genetic algorithm, knot points, maximum likelihood estimation, least squares error
دوره 5، شماره 1
بهار 1394
صفحه 39-48