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  • NET与Matlab结合 —— 最小二乘法直线拟合(C#)

     

    NET与Matlab结合 —— 最小二乘法直线拟合(C#)  首先是一个.m文件drawgraph.m,确保它能够在Matlab里运行。

    我这里是最小二乘法直线拟合程序。

    %最小二乘法直线拟合
    %Created by Safirst C. Ke 2007.8.29 Wed 14:51

    function drawgraph(coords)
    %传入的参数为两行向量,第一行为x坐标,第二行为坐标。

    %axis ([0 100 0 100]);
    grid on;
    hold on;

    %显示欲拟合的点的位置
    plot(coords(1,:), coords(2,:), '*');

    %分解x,y坐标
    x = coords(1,:)
    y = coords(2,:)'

    b = size(coords);
    c = ones(1, b(2));
     
     MT = [c; x];
     M = MT';
     
     %f为直线函数,f = mx + b;
     f = inv(MT * M) * MT * y
     ['y = ', num2str(f(2)), 'x + ', num2str(f(1))]


     %显示最终拟合的直线
     x = -max(x):max(x);
     y =  f(1) + f(2) * x;
     
     
     plot(x, y);
     xlabel('X轴');
     ylabel('Y轴');
     title('最小二乘法直线拟合 by Safirst C. Ke');
     
     legend(['y = ', num2str(f(2)), 'x + ', num2str(f(1))]);

    然后将这个文件包含在.NET的类库工程中,并进行编译。

    这里需要理解它的过程,毕竟.NET不能编译.m文件。怎么做到的呢?

    通过设置这个工程的生成事件属性,添加为

    call PlotDemoBuild.bat

    然后在PlotDemoBuild.bat这个文件里面写好用Matlab编译器mcc编译的命令行,最重要的部分就是

    mcc -M -silentsetup -vg -B "dotnet:PlotDemoComp,Plotter,2.0,private" -d ../../src ../../drawgraph.m

    这样的话,点击生成,就会通过mcc产生dll,即我们需要的类库。

    然后建立我们真正的C#工程,添加引用为刚才的类库,并开始写程序program.cs

    using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Text;

    using MathWorks.MATLAB.NET.Utility;    

    using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;  

    //这两个引用显然要添加,不过好在这两个命名空间属于一个库MWArray.dll

    //C:/Program Files/MATLAB/R2007a/toolbox/dotnetbuilder/bin/win32/v2.0/MWArray.dll

    using PlotDemoComp;

    namespace ConsoleApplication2
    {
        class Program
        {
            //[STAThread]
            static void Main(string[] args)
            {
                try
                {
                    Console.WriteLine("Please Input the points you want to fit:");

                    string[] y = Console.ReadLine().Trim().Split();

                    int size = y.Length;
                    double[] x = new double[size];
                    for(int i = 0; i < size; i++)
                    {
                        x[i] = Convert.ToDouble(y[i]);
                    }

                    double[,] pointValues = new double[2, size / 2];

                   //从开头算起,相邻的两个数为一个点,所以x和y都是间隔一个的。如1,2,3,4代表两点(1,2),(3,4)

                    for(int i = 0; i < size; i += 2)   

                    {
                        int index = i / 2;
                        pointValues[0, index] = x[i];
                    }
                    for(int i = 1; i < size; i += 2)
                    {
                        int index = (i - 1) / 2;
                        pointValues[1, index] = x[i];
                    }
                    Plotter plotter = new Plotter();
                    plotter.drawgraph((MWNumericArray)pointValues);
                    Console.ReadLine();
                }
                catch(Exception exception)
                {
                    Console.WriteLine("Error: {0}", exception);
                }
            }
        }
    }

    运行结果如下:

    Please Input the points you want to fit:
    1 2 3 4 5 6 -1 -2 -3 -4 -5 -6

    *号标记欲拟合的点,直线为拟合直线!

    就写这么多,以后再加入一个曲线拟合的程序。

    特别声明:在下学习.NET C#和Matlab的时间均不超过1个月,

    望高手不要批评指责,照顾一下新手学习钻研的积极性! 

    假如给定的实验数据点为(Xi,Yi),其中i=0,1,...n,那么 直线与数据点的偏差平方和为

                                              


     

    要使得

    取到极小值,则要求:


     

    ,    

    这两个式子是取得极小值的必要条件,具体运算的过程如下:


     

    对该式求解得到:


    <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

    以下就是我用C#做的源代码:

    public class LeastSquare
        {
            
    /// <summary>
            
    /// To Draw Linear Least Square Fitting Curve 
            
    /// </summary>
            
    /// <param name="g">The device on which to draw the curve</param>
            
    /// <param name="lp">A list of point used to do the approximation</param>
            public static void LeastSquare2(Graphics g, List<PointF> lp)
            {
                
    // Clear the client window with the white color
                g.Clear(Color.White);

                
    // Move the drawing origin to the point(200,200)
                g.TranslateTransform(200200);

                
    // Use FillEllipse method to draw each point as an ellipse
                foreach (PointF p in lp)
                {
                    g.FillEllipse(Brushes.Red, 
    new RectangleF(p.X - 5.0f, p.Y - 5.0f10.0f10.0f));
                }


                
    int i;
                
    float a, b, sumX, sumY2, sumY, sumXY;
                sumX 
    = 0.0f;
                sumY2 
    = 0.0f;
                sumY 
    = 0.0f;
                sumXY 
    = 0.0f;

                
    // To calculate as per the description of the Mathematical Formular
                for (i = 0; i < lp.Count; i++)
                {
                    sumY 
    += lp[i].Y;
                    sumY2 
    += lp[i].Y * lp[i].Y;
                    sumX 
    += lp[i].X;
                    sumXY 
    += lp[i].X * lp[i].Y;
                }

                
    // Deduct the coefficients required to do the approximation using the mathematical formular
                a = (lp.Count * sumXY - sumX * sumY) / (lp.Count * sumY2 - sumY * sumY);
                b 
    = (sumY2 * sumX - sumY * sumXY) / (lp.Count * sumY2 - sumY * sumY);

                Pen newPen 
    = new Pen(Color.Blue, 3.0f);
                g.DrawLine(newPen, 
    new PointF(0-/ a), new PointF(360, (360 - b) / a));
            }
        }


    下面则是调用上述代码的程序:

    private void linearToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)
            {
                
    // Declare a list of points
                List<PointF> lp = new List<PointF>();

                
    // PointF array
                PointF[] pf = new PointF[]{
                    
    new PointF(0.0f,68.0f),
                    
    new PointF(10.0f,73.1f),new PointF(20.0f,66.4f),
                    
    new PointF(30.0f,70.6f),new PointF(40.0f,64.6f),
                    
    new PointF(50.0f,68.8f),new PointF(60.0f,61.0f),
                    
    new PointF(70.0f,65.8f),new PointF(80.0f,60.4f),
                    
    new PointF(90.0f,61.0f)
                };

                
    // Using AddRange method of the list to add the pointf array to the end of the list
                lp.AddRange(pf);

                
    // Call the static metod LeastSquare2 of LeastSquare Class to proceed
                LeastSquare.LeastSquare2(this.CreateGraphics(), lp);
            }

    下面是本程序运行结果的屏幕截图(Screen Shot):

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