为什么在python中解决Xc = y的不同方法在它们不应该时给出不同的解？

我试图解决线性系统Xc = y是方形的.我知道解决这个问题的方法是：

>使用逆c =< X ^ -1,y>
>使用高斯消元法
>使用伪逆

据我所知,这些与我认为的基本事实不符.

>首先通过将度数为30的多项式拟合到频率为5的余弦来生成真值参数.所以我有y_truth = X * c_truth.
>然后我检查以上三种方法是否符合事实

我尝试过,但方法似乎不匹配,我不明白为什么会这样.

我制作了完全可运行的可重现代码：

import numpy as np
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures

## some parameters
degree_target = 25
N_train = degree_target+1
lb,ub = -2000,2000
x = np.linspace(lb,ub,N_train)
## generate target polynomial model
freq_cos = 5
y_cos = np.cos(2*np.pi*freq_cos*x)
c_polyfit = np.polyfit(x,y_cos,degree_target)[::-1] ## needs to me reverse to get highest power last
## generate kernel matrix
poly_feat = PolynomialFeatures(degree=degree_target)
K = poly_feat.fit_transform(x.reshape(N_train,1)) # generates degree 0 first
## get target samples of the function
y = np.dot(K,c_polyfit)
## get pinv approximation of c_polyfit
c_pinv = np.dot( np.linalg.pinv(K), y)
## get Gaussian-Elminiation approximation of c_polyfit
c_GE = np.linalg.solve(K,y)
## get inverse matrix approximation of c_polyfit
i = np.linalg.inv(K)
c_mdl_i = np.dot(i,y)
## check rank to see if its truly invertible
print('rank(K) = {}'.format( np.linalg.matrix_rank(K) ))
## comapre parameters
print('--c_polyfit')
print('||c_polyfit-c_GE||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_polyfit-c_GE) ))
print('||c_polyfit-c_pinv||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_polyfit-c_pinv) ))
print('||c_polyfit-c_mdl_i||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_polyfit-c_mdl_i) ))
print('||c_polyfit-c_polyfit||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_polyfit-c_polyfit) ))
##
print('--c_GE')
print('||c_GE-c_GE||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_GE-c_GE) ))
print('||c_GE-c_pinv||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_GE-c_pinv) ))
print('||c_GE-c_mdl_i||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_GE-c_mdl_i) ))
print('||c_GE-c_polyfit||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_GE-c_polyfit) ))
##
print('--c_pinv')
print('||c_pinv-c_GE||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_pinv-c_GE) ))
print('||c_pinv-c_pinv||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_pinv-c_pinv) ))
print('||c_pinv-c_mdl_i||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_pinv-c_mdl_i) ))
print('||c_pinv-c_polyfit||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_pinv-c_polyfit) ))
##
print('--c_mdl_i')
print('||c_mdl_i-c_GE||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_mdl_i-c_GE) ))
print('||c_mdl_i-c_pinv||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_mdl_i-c_pinv) ))
print('||c_mdl_i-c_mdl_i||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_mdl_i-c_mdl_i) ))
print('||c_mdl_i-c_polyfit||^2 = {}'.format( np.linalg.norm(c_mdl_i-c_polyfit) ))

我得到了结果：

rank(K) = 4
--c_polyfit
||c_polyfit-c_GE||^2 = 4.44089220304006e-16
||c_polyfit-c_pinv||^2 = 1.000000000000001
||c_polyfit-c_mdl_i||^2 = 1.1316233165135605e-06
||c_polyfit-c_polyfit||^2 = 0.0
--c_GE
||c_GE-c_GE||^2 = 0.0
||c_GE-c_pinv||^2 = 1.0000000000000007
||c_GE-c_mdl_i||^2 = 1.1316233160694804e-06
||c_GE-c_polyfit||^2 = 4.44089220304006e-16
--c_pinv
||c_pinv-c_GE||^2 = 1.0000000000000007
||c_pinv-c_pinv||^2 = 0.0
||c_pinv-c_mdl_i||^2 = 0.9999988683985006
||c_pinv-c_polyfit||^2 = 1.000000000000001
--c_mdl_i
||c_mdl_i-c_GE||^2 = 1.1316233160694804e-06
||c_mdl_i-c_pinv||^2 = 0.9999988683985006
||c_mdl_i-c_mdl_i||^2 = 0.0
||c_mdl_i-c_polyfit||^2 = 1.1316233165135605e-06

为什么？它是机器精密的东西吗？或者是因为当度数大(大于1)时误差累积(很多)？老实说,我不知道,但所有这些假设对我来说都是愚蠢的.如果有人能发现我的错误,请随意指出.否则,我可能不会理解线性代数或其他东西……这更令人担忧.

此外,如果我可以获得有关此工作的建议,我们将非常感激.我是：

>将间隔的大小增加到不小于1(大小)？
>我可以使用的最大多项式大小是多少？
>不同语言……？还是提高精度？

任何建议表示赞赏！

解决方法:

问题是浮点精度.你将0到1之间的数字提升到30次幂,然后将它们加在一起.如果您使用无限精度算法执行此操作,则方法将恢复输入.使用浮点运算,精度损失意味着你不能.

标签：python,numpy,linear-regression,linear-algebra,polynomial-math
来源： https://codeday.me/bug/20191007/1865872.html