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最小二乘法用于直线,多项式,圆,椭圆的拟合及程序实现(资料整理的非常全)

2018-03-14 18:14 609 查看
最小二乘法是一种优化算法,最小二乘法名字的缘由有两个:一是要将误差最小化,二是将误差最小化的方法是使误差的平方和最小化。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据,并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。最小二乘法还可用于曲线拟合,所拟合的曲线可以是线性拟合与非线性拟合。

--------------------一元线性函数--------------------

形式1:借用案例(http://blog.csdn.net/qll125596718/article/details/8248249)首先以一元线性方程参数估计为例,样本回归模型:


残差平方和:



则通过Q最小确定这条直线,即确定

,以

为变量,把它们看作是Q的函数,就变成了一个求极值的问题,可以通过求导数得到。求Q对两个待估参数的偏导数:


解得:

实例(c++):[cpp] view plain copy#include <iostream>      
#include <algorithm>      
#include <valarray>      
#include <vector>      
using namespace std;  
  
int main()  
{  
    double x[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };  
    double y[] = { 3, 5.5, 6.8, 8.8, 11, 12};  
    valarray<double> data_x(x, 6);  
    valarray<double> data_y(y, 6);  
  
    float A = 0.0;  
    float B = 0.0;  
    float C = 0.0;  
    float D = 0.0;  
    A = (data_x*data_x).sum();  
    B = data_x.sum();  
    C = (data_x*data_y).sum();  
    D = data_y.sum();  
    float tmp = A*data_x.size() - B*B;  
    float k, b;  
    k = (C*data_x.size() - B*D) / tmp;  
    b = (A*D - C*B) / tmp;  
    cout << "y=" << k << "x+" << b << endl;  
    return 0;  
}  
运行结果:


注:valarray类似vector,也是一个模板类,主要用来对一系列元素进行高速的数字计算,其与vector的主要区别在于以下两点:
1、valarray定义了一组在两个相同长度和相同类型的valarray类对象之间的数字计算;
2、通过重载operater[],可以返回valarray的相关信息(valarray其中某个元素的引用、特定下标的值或者其某个子集)。valarray类构造函数:
valarray( );
explicit valarray(size_t _Count);
valarray( const Type& _Val, size_t _Count);
valarray( const Type* _Ptr, size_t _Count);
valarray( const slice_array<Type>& _SliceArray);
valarray( const gslice_array<Type>& _GsliceArray);
valarray( const mask_array<Type>& _MaskArray);
valarray( const indirect_array<Type>& _IndArray);
valarray 类用法:
1. apply 将 valarray 数组的每一个值都用 apply 所接受到的函数进行计算
2. cshift 将 valarray 数组的数据进行循环移动,参数为正者左移为负就右移
3. max 返回 valarray 数组的最大值
4. min 返回 valarray 数组的最小值
5. resize 重新设置 valarray 数组大小,并对其进行初始化
6. shift 将 valarray 数组移动,参数为正者左移,为负者右移,移动后由 0 填充剩余位
7. size 得到数组的大小
8. sum 数组求和

--------------------N元线性函数--------------------

一元线性方程可以看做多元函数的特例,现在用矩阵形式表述多元函数情况下,最小二乘的一般形式: 设拟合多项式为:                   

各点到这条曲线的距离之和,即偏差平方和如下:                


对等式右边求ai偏导数,得到:               

             

                            .......             

把这些等式表示成矩阵的形式,就可以得到下面的矩阵:              

  (3)进行化简计算:           

, 


上面公式(3)可以写为:                   

,              


[cpp] view plain copy#include "stdio.h"  
#include "stdlib.h"  
#include "math.h"  
#include "vector"  
using namespace std;  
  
struct point  
{  
    double x;  
    double y;  
};  
  
typedef vector<double> doubleVector;  
vector<point> getFile(char *File);  //获取文件数据  
doubleVector getCoeff(vector<point> sample, int n);   //矩阵方程  
  
void main()  
{  
    int i, n;  
    char *File = "XY.txt";  
    vector<point> sample;  
    doubleVector  coefficient;  
    sample = getFile(File);  
    printf("拟合多项式阶数n=");  
      scanf_s("%d", &n);  
      coefficient = getCoeff(sample, n);  
    printf("\n拟合矩阵的系数为:\n");  
    for (i = 0; i < coefficient.size(); i++)  
        printf("a%d = %lf\n", i, coefficient[i]);  
}  
//矩阵方程  
doubleVector getCoeff(vector<point> sample, int n)  
{  
    vector<doubleVector> matFunX;  //公式3左矩阵  
    vector<doubleVector> matFunY;  //公式3右矩阵  
    doubleVector temp;  
    double sum;  
    int i, j, k;  
    //公式3左矩阵  
    for (i = 0; i <= n; i++)  
    {  
        temp.clear();  
        for (j = 0; j <= n; j++)  
        {  
            sum = 0;  
            for (k = 0; k < sample.size(); k++)  
                sum += pow(sample[k].x, j + i);  
            temp.push_back(sum);  
        }  
        matFunX.push_back(temp);  
    }  
    //printf("matFunX.size=%d\n", matFunX.size());  
    //printf("matFunX[3][3]=%f\n", matFunX[3][3]);  
  
    //公式3右矩阵  
    for (i = 0; i <= n; i++)  
    {  
        temp.clear();  
        sum = 0;  
        for (k = 0; k < sample.size(); k++)  
            sum += sample[k].y*pow(sample[k].x, i);  
        temp.push_back(sum);  
        matFunY.push_back(temp);  
    }  
    printf("matFunY.size=%d\n", matFunY.size());  
    //矩阵行列式变换  
    double num1, num2, ratio;  
    for (i = 0; i < matFunX.size() - 1; i++)  
    {  
        num1 = matFunX[i][i];  
        for (j = i + 1; j < matFunX.size(); j++)  
        {  
            num2 = matFunX[j][i];  
            ratio = num2 / num1;  
            for (k = 0; k < matFunX.size(); k++)  
                matFunX[j][k] = matFunX[j][k] - matFunX[i][k] * ratio;  
            matFunY[j][0] = matFunY[j][0] - matFunY[i][0] * ratio;  
        }  
    }  
    //计算拟合曲线的系数  
    doubleVector coeff(matFunX.size(), 0);  
    for (i = matFunX.size() - 1; i >= 0; i--)  
    {  
        if (i == matFunX.size() - 1)  
            coeff[i] = matFunY[i][0] / matFunX[i][i];  
        else  
        {  
            for (j = i + 1; j < matFunX.size(); j++)  
                matFunY[i][0] = matFunY[i][0] - coeff[j] * matFunX[i][j];  
            coeff[i] = matFunY[i][0] / matFunX[i][i];  
        }  
    }  
    return coeff;  
}  
  
//获取文件数据  
vector<point> getFile(char *File)  
{  
    int i = 1;  
    vector<point> dst;  
  
    FILE *fp=fopen(File, "r");  
  
    if (fp == NULL)  
    {  
        printf("Open file error!!!\n");  
        exit(0);  
    }  
  
    point temp;  
    double num;  
  
    while (fscanf(fp, "%lf", &num) != EOF)  
    {  
        if (i % 2 == 0)  
        {  
            temp.y = num;  
            dst.push_back(temp);  
        }  
        else  
            temp.x = num;  
        i++;  
    }  
    fclose(fp);  
    return dst;  
}  
XY.txt内容:[cpp] view plain copy0    1.0  
0.25 1.28  
0.5  1.65  
0.75 2.12  
1    2.72  



另外在http://blog.csdn.net/lsh_2013/article/details/46697625里也有相关程序:[cpp] view plain copy#include <iostream>    
#include <vector>    
#include <cmath>    
using namespace std;    
    
//最小二乘拟合相关函数定义    
double sum(vector<double> Vnum, int n);    
double MutilSum(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n);    
double RelatePow(vector<double> Vx, int n, int ex);    
double RelateMutiXY(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex);    
void EMatrix(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex, double coefficient[]);    
void CalEquation(int exp, double coefficient[]);    
double F(double c[],int l,int m);    
double Em[6][4];    
    
//主函数,这里将数据拟合成二次曲线    
int main(int argc, char* argv[])    
{    
    double arry1[5]={0,0.25,0,5,0.75};    
    double arry2[5]={1,1.283,1.649,2.212,2.178};    
    double coefficient[5];    
    memset(coefficient,0,sizeof(double)*5);    
    vector<double> vx,vy;    
    for (int i=0; i<5; i++)    
    {    
        vx.push_back(arry1[i]);    
        vy.push_back(arry2[i]);    
    }    
    EMatrix(vx,vy,5,3,coefficient);    
    printf("拟合方程为:y = %lf + %lfx + %lfx^2 \n",coefficient[1],coefficient[2],coefficient[3]);    
    return 0;    
}    
//累加    
double sum(vector<double> Vnum, int n)    
{    
    double dsum=0;    
    for (int i=0; i<n; i++)    
    {    
        dsum+=Vnum[i];    
    }    
    return dsum;    
}    
//乘积和    
double MutilSum(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n)    
{    
    double dMultiSum=0;    
    for (int i=0; i<n; i++)    
    {    
        dMultiSum+=Vx[i]*Vy[i];    
    }    
    return dMultiSum;    
}    
//ex次方和    
double RelatePow(vector<double> Vx, int n, int ex)    
{    
    double ReSum=0;    
    for (int i=0; i<n; i++)    
    {    
        ReSum+=pow(Vx[i],ex);    
    }    
    return ReSum;    
}    
//x的ex次方与y的乘积的累加    
double RelateMutiXY(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex)    
{    
    double dReMultiSum=0;    
    for (int i=0; i<n; i++)    
    {    
        dReMultiSum+=pow(Vx[i],ex)*Vy[i];    
    }    
    return dReMultiSum;    
}    
//计算方程组的增广矩阵    
void EMatrix(vector<double> Vx, vector<double> Vy, int n, int ex, double coefficient[])    
{    
    for (int i=1; i<=ex; i++)    
    {    
        for (int j=1; j<=ex; j++)    
        {    
            Em[i][j]=RelatePow(Vx,n,i+j-2);    
        }    
        Em[i][ex+1]=RelateMutiXY(Vx,Vy,n,i-1);    
    }    
    Em[1][1]=n;    
    CalEquation(ex,coefficient);    
}    
//求解方程    
void CalEquation(int exp, double coefficient[])    
{    
    for(int k=1;k<exp;k++) //消元过程    
    {    
        for(int i=k+1;i<exp+1;i++)    
        {    
            double p1=0;    
    
            if(Em[k][k]!=0)    
                p1=Em[i][k]/Em[k][k];    
    
            for(int j=k;j<exp+2;j++)     
                Em[i][j]=Em[i][j]-Em[k][j]*p1;    
        }    
    }    
    coefficient[exp]=Em[exp][exp+1]/Em[exp][exp];    
    for(int l=exp-1;l>=1;l--)   //回代求解    
        coefficient[l]=(Em[l][exp+1]-F(coefficient,l+1,exp))/Em[l][l];    
}    
//供CalEquation函数调用    
double F(double c[],int l,int m)    
{    
    double sum=0;    
    for(int i=l;i<=m;i++)    
        sum+=Em[l-1][i]*c[i];    
    return sum;     
}    
memset相关介绍:http://baike.baidu.com/link?url=p7JreiRCj9yPs3r3WAfsXgynjvtGrWoQ_exF9tFGK6fsVP7V6tdm-_13QhCZxqPrfRi0wH0EihhRL_-qVvrewq http://c.biancheng.net/cpp/html/157.html

--------------------拟合圆的方程--------------------

src="https://oscdn.geek-share.com/Uploads/Images/Content/202009/10/406a062c292f40b61ef6e476092f6aa4.jpg" border="0" >









[cpp] 
view plain copy/* 
最小二乘法拟合圆,拟合出的圆以圆心坐标和半径的形式表示 
 */  
typedef complex<int> POINT;  
bool FitCircle(const std::vector<POINT> &points, double &er_x, double &er_y, double &radius)  
{  
     cent_x = 0.0f;  
     cent_y = 0.0f;  
     radius = 0.0f;  
     if (points.size() < 3)  
     {  
         return false;  
     }  
  
     double sum_x = 0.0f, sum_y = 0.0f;  
     double sum_x2 = 0.0f, sum_y2 = 0.0f;  
     double sum_x3 = 0.0f, sum_y3 = 0.0f;  
     double sum_xy = 0.0f, sum_x1y2 = 0.0f, sum_x2y1 = 0.0f;  
  
     int N = points.size();  
     for (int i = 0; i < N; i++)  
     {  
         double x = points[i].real();  
         double y = points[i].imag();  
         double x2 = x * x;  
         double y2 = y * y;  
         sum_x += x;  
         sum_y += y;  
         sum_x2 += x2;  
         sum_y2 += y2;  
         sum_x3 += x2 * x;  
         sum_y3 += y2 * y;  
         sum_xy += x * y;  
         sum_x1y2 += x * y2;  
         sum_x2y1 += x2 * y;  
     }  
  
     double C, D, E, G, H;  
     double a, b, c;  
  
     C = N * sum_x2 - sum_x * sum_x;  
     D = N * sum_xy - sum_x * sum_y;  
     E = N * sum_x3 + N * sum_x1y2 - (sum_x2 + sum_y2) * sum_x;  
     G = N * sum_y2 - sum_y * sum_y;  
     H = N * sum_x2y1 + N * sum_y3 - (sum_x2 + sum_y2) * sum_y;  
     a = (H * D - E * G) / (C * G - D * D);  
     b = (H * C - E * D) / (D * D - G * C);  
     c = -(a * sum_x + b * sum_y + sum_x2 + sum_y2) / N;  
  
     cent_x = a / (-2);  
     cent_y = b / (-2);  
     radius = sqrt(a * a + b * b - 4 * c) / 2;  
     return true;  
}  

--------------------拟合椭圆方程--------------------

//LSEllipse.h
[cpp] view plain copy/************************************************************************* 
    功能说明: 对平面上的一些列点给出最小二乘的椭圆拟合,利用奇异值分解法 
               解得最小二乘解作为椭圆参数。 
    调用形式: cvFitEllipse2f(arrayx,arrayy,box);     
    参数说明: arrayx: arrayx
,每个值为x轴一个点 
               arrayx: arrayy
,每个值为y轴一个点 
               n     : 点的个数 
               box   : box[5],椭圆的五个参数,分别为center.x,center.y,2a,2b,xtheta 
               esp: 解精度,通常取1e-6,这个是解方程用的说 
***************************************************************************/  
#include<cstdlib>  
#include<float.h>  
#include<vector>  
using namespace std;  
  
class LSEllipse  
{  
public:  
    LSEllipse(void);  
    ~LSEllipse(void);  
    vector<double> getEllipseparGauss(vector<CPoint> vec_point);  
    void cvFitEllipse2f( int *arrayx, int *arrayy,int n,float *box );  
private:  
    int SVD(float *a,int m,int n,float b[],float x[],float esp);  
    int gmiv(float a[],int m,int n,float b[],float x[],float aa[],float eps,float u[],float v[],int ka);  
    int ginv(float a[],int m,int n,float aa[],float eps,float u[],float v[],int ka);  
    int muav(float a[],int m,int n,float u[],float v[],float eps,int ka);  
};  
//LSEllipse.cpp[cpp] view plain copy#include "LSEllipse.h"  
#include <cmath>  
  
LSEllipse::LSEllipse(void)  
{  
}  
  
LSEllipse::~LSEllipse(void)  
{  
}  
//列主元高斯消去法  
//A为系数矩阵,x为解向量,若成功,返回true,否则返回false,并将x清空。  
  
bool RGauss(const vector<vector<double> > & A, vector<double> & x)  
{  
    x.clear();  
    int n = A.size();  
    int m = A[0].size();  
    x.resize(n);  
    //复制系数矩阵,防止修改原矩阵  
    vector<vector<double> > Atemp(n);  
    for (int i = 0; i < n; i++)  
    {  
        vector<double> temp(m);  
        for (int j = 0; j < m; j++)  
        {  
            temp[j] = A[i][j];  
        }  
        Atemp[i] = temp;  
        temp.clear();  
    }  
    for (int k = 0; k < n; k++)  
    {  
        //选主元  
        double max = -1;  
        int l = -1;  
        for (int i = k; i < n; i++)  
        {  
            if (abs(Atemp[i][k]) > max)  
            {  
                max = abs(Atemp[i][k]);  
                l = i;  
            }  
        }  
        if (l != k)  
        {  
            //交换系数矩阵的l行和k行  
            for (int i = 0; i < m; i++)  
            {  
                double temp = Atemp[l][i];  
                Atemp[l][i] = Atemp[k][i];  
                Atemp[k][i] = temp;  
            }  
        }  
        //消元  
        for (int i = k+1; i < n; i++)  
        {  
            double l = Atemp[i][k]/Atemp[k][k];  
            for (int j = k; j < m; j++)  
            {  
                Atemp[i][j] = Atemp[i][j] - l*Atemp[k][j];  
            }  
        }  
    }  
    //回代  
    x[n-1] = Atemp[n-1][m-1]/Atemp[n-1][m-2];  
    for (int k = n-2; k >= 0; k--)  
    {  
        double s = 0.0;  
        for (int j = k+1; j < n; j++)  
        {  
            s += Atemp[k][j]*x[j];  
        }  
        x[k] = (Atemp[k][m-1] - s)/Atemp[k][k];  
    }  
    return true;  
}  
  
vector<double>  LSEllipse::getEllipseparGauss(vector<CPoint> vec_point)  
{  
    vector<double> vec_result;  
    double x3y1 = 0,x1y3= 0,x2y2= 0,yyy4= 0, xxx3= 0,xxx2= 0,x2y1= 0,yyy3= 0,x1y2= 0 ,yyy2= 0,x1y1= 0,xxx1= 0,yyy1= 0;  
    int N = vec_point.size();  
    for (int m_i = 0;m_i < N ;++m_i )  
    {  
        double xi = vec_point[m_i].x ;  
        double yi = vec_point[m_i].y;  
        x3y1 += xi*xi*xi*yi ;  
        x1y3 += xi*yi*yi*yi;  
        x2y2 += xi*xi*yi*yi; ;  
        yyy4 +=yi*yi*yi*yi;  
        xxx3 += xi*xi*xi ;  
        xxx2 += xi*xi ;  
        x2y1 += xi*xi*yi;  
  
        x1y2 += xi*yi*yi;  
        yyy2 += yi*yi;  
        x1y1 += xi*yi;  
        xxx1 += xi;  
        yyy1 += yi;  
        yyy3 += yi*yi*yi;  
    }  
    double resul[5];  
    resul[0] = -(x3y1);  
    resul[1] = -(x2y2);  
    resul[2] = -(xxx3);  
    resul[3] = -(x2y1);  
    resul[4] = -(xxx2);  
    long double Bb[5],Cc[5],Dd[5],Ee[5],Aa[5];  
    Bb[0] = x1y3, Cc[0] = x2y1, Dd[0] = x1y2, Ee[0] = x1y1, Aa[0] = x2y2;  
    Bb[1] = yyy4, Cc[1] = x1y2, Dd[1] = yyy3, Ee[1] = yyy2, Aa[1] = x1y3;  
    Bb[2] = x1y2, Cc[2] = xxx2, Dd[2] = x1y1, Ee[2] = xxx1, Aa[2] = x2y1;  
    Bb[3] = yyy3, Cc[3]= x1y1, Dd[3] = yyy2, Ee[3] = yyy1, Aa[3] = x1y2;  
    Bb[4]= yyy2, Cc[4]= xxx1, Dd[4] = yyy1, Ee[4] = N, Aa[4]= x1y1;  
  
    vector<vector<double>>Ma(5);  
    vector<double>Md(5);  
    for(int i=0;i<5;i++)  
    {  
        Ma[i].push_back(Aa[i]);  
        Ma[i].push_back(Bb[i]);  
        Ma[i].push_back(Cc[i]);  
        Ma[i].push_back(Dd[i]);  
        Ma[i].push_back(Ee[i]);  
        Ma[i].push_back(resul[i]);  
    }  
  
    RGauss(Ma,Md);  
    long double A=Md[0];  
    long double B=Md[1];  
    long double C=Md[2];  
    long double D=Md[3];  
    long double E=Md[4];  
    double XC=(2*B*C-A*D)/(A*A-4*B);  
    double YC=(2*D-A*C)/(A*A-4*B);  
    long double fenzi=2*(A*C*D-B*C*C-D*D+4*E*B-A*A*E);  
    long double fenmu=(A*A-4*B)*(B-sqrt(A*A+(1-B)*(1-B))+1);  
    long double fenmu2=(A*A-4*B)*(B+sqrt(A*A+(1-B)*(1-B))+1);  
    double XA=sqrt(fabs(fenzi/fenmu));  
    double XB=sqrt(fabs(fenzi/fenmu2));  
    double Xtheta=0.5*atan(A/(1-B))*180/3.1415926;  
    if(B<1)  
        Xtheta+=90;  
    vec_result.push_back(XC);  
    vec_result.push_back(YC);  
    vec_result.push_back(XA);  
    vec_result.push_back(XB);  
    vec_result.push_back(Xtheta);  
    return vec_result;  
}  
  
void  LSEllipse::cvFitEllipse2f(  int *arrayx, int *arrayy,int n,float *box )  
{     
    float cx=0,cy=0;  
    double rp[5], t;  
    float *A1=new float[n*5];  
    float *A2=new float[2*2];  
    float *A3=new float[n*3];  
    float *B1=new float
,*B2=new float[2],*B3=new float
;  
    const double min_eps = 1e-6;  
    int i;  
    for( i = 0; i < n; i++ )  
    {  
  
        cx += arrayx[i]*1.0;  
        cy += arrayy[i]*1.0;  
  
    }  
    cx /= n;  
    cy /= n;  
    for( i = 0; i < n; i++ )  
    {  
        int step=i*5;  
        float px,py;  
        px = arrayx[i]*1.0;  
        py = arrayy[i]*1.0;  
        px -= cx;  
        py -= cy;  
        B1[i] = 10000.0;  
        A1[step] = -px * px;  
        A1[step + 1] = -py * py;  
        A1[step + 2] = -px * py;  
        A1[step + 3] = px;  
        A1[step + 4] = py;  
    }  
    float *x1=new float[5];  
    //解出Ax^2+By^2+Cxy+Dx+Ey=10000的最小二乘解!  
    SVD(A1,n,5,B1,x1,min_eps);  
    A2[0]=2*x1[0],A2[1]=A2[2]=x1[2],A2[3]=2*x1[1];  
    B2[0]=x1[3],B2[1]=x1[4];  
    float *x2=new float[2];  
    //标准化,将一次项消掉,求出center.x和center.y;  
    SVD(A2,2,2,B2,x2,min_eps);  
    rp[0]=x2[0],rp[1]=x2[1];  
    for( i = 0; i < n; i++ )  
    {  
        float px,py;  
        px = arrayx[i]*1.0;  
        py = arrayy[i]*1.0;  
        px -= cx;  
        py -= cy;  
        B3[i] = 1.0;  
        int step=i*3;  
        A3[step] = (px - rp[0]) * (px - rp[0]);  
        A3[step+1] = (py - rp[1]) * (py - rp[1]);  
        A3[step+2] = (px - rp[0]) * (py - rp[1]);  
          
    }  
    //求出A(x-center.x)^2+B(y-center.y)^2+C(x-center.x)(y-center.y)的最小二乘解  
    SVD(A3,n,3,B3,x1,min_eps);  
  
    rp[4] = -0.5 * atan2(x1[2], x1[1] - x1[0]);  
    t = sin(-2.0 * rp[4]);  
    if( fabs(t) > fabs(x1[2])*min_eps )  
        t = x1[2]/t;  
    else  
        t = x1[1] - x1[0];  
    rp[2] = fabs(x1[0] + x1[1] - t);  
    if( rp[2] > min_eps )  
        rp[2] = sqrt(2.0 / rp[2]);  
    rp[3] = fabs(x1[0] + x1[1] + t);  
    if( rp[3] > min_eps )  
        rp[3] = sqrt(2.0 / rp[3]);  
      
    box[0] = (float)rp[0] + cx;  
    box[1]= (float)rp[1] + cy;  
    box[2]= (float)(rp[2]*2);  
    box[3] = (float)(rp[3]*2);  
    if( box[2] > box[3] )  
    {  
        double tmp=box[2];  
        box[2]=box[3];  
        box[3]=tmp;  
    }  
    box[4] = (float)(90 + rp[4]*180/3.1415926);  
    if( box[4] < -180 )  
        box[4] += 360;  
    if( box[4] > 360 )  
        box[4] -= 360;  
    delete []A1;  
    delete []A2;  
    delete []A3;  
    delete []B1;  
    delete []B2;  
    delete []B3;  
    delete []x1;  
    delete []x2;  
  
}  
  
int LSEllipse::SVD(float *a,int m,int n,float b[],float x[],float esp)  
{    
    float *aa;  
    float *u;  
    float *v;  
    aa=new float[n*m];  
    u=new  float[m*m];  
    v=new  float[n*n];  
     
   int ka;  
   int  flag;  
   if(m>n)  
   {   
    ka=m+1;  
   }else  
   {  
       ka=n+1;  
   }  
     
   flag=gmiv(a,m,n,b,x,aa,esp,u,v,ka);  
     
      
      
    delete []aa;  
    delete []u;  
    delete []v;  
      
    return(flag);  
}  
  
  
  
  
  
int LSEllipse::gmiv( float a[],int m,int n,float b[],float x[],float aa[],float eps,float u[],float v[],int ka)    
{   
    int i,j;  
    i=ginv(a,m,n,aa,eps,u,v,ka);  
  
    if (i<0) return(-1);  
    for (i=0; i<=n-1; i++)  
      { x[i]=0.0;  
        for (j=0; j<=m-1; j++)  
          x[i]=x[i]+aa[i*m+j]*b[j];  
      }  
    return(1);  
  }  
  
  
int LSEllipse::ginv(float a[],int m,int n,float aa[],float eps,float u[],float v[],int ka)  
  {   
  
 //  int muav(float a[],int m,int n,float u[],float v[],float eps,int ka);  
      
    int i,j,k,l,t,p,q,f;  
    i=muav(a,m,n,u,v,eps,ka);  
    if (i<0) return(-1);  
    j=n;  
    if (m<n) j=m;  
    j=j-1;  
    k=0;  
    while ((k<=j)&&(a[k*n+k]!=0.0)) k=k+1;  
    k=k-1;  
    for (i=0; i<=n-1; i++)  
    for (j=0; j<=m-1; j++)  
      { t=i*m+j; aa[t]=0.0;  
        for (l=0; l<=k; l++)  
          { f=l*n+i; p=j*m+l; q=l*n+l;  
            aa[t]=aa[t]+v[f]*u[p]/a[q];  
          }  
      }  
    return(1);  
  }  
  
  
  
  
  
  
int LSEllipse::muav(float a[],int m,int n,float u[],float v[],float eps,int ka)  
  { int i,j,k,l,it,ll,kk,ix,iy,mm,nn,iz,m1,ks;  
    float d,dd,t,sm,sm1,em1,sk,ek,b,c,shh,fg[2],cs[2];  
    float *s,*e,*w;  
    //void ppp();  
   // void sss();  
     void ppp(float a[],float e[],float s[],float v[],int m,int n);  
     void sss(float fg[],float cs[]);  
  
    s=(float *) malloc(ka*sizeof(float));  
    e=(float *) malloc(ka*sizeof(float));  
    w=(float *) malloc(ka*sizeof(float));  
    it=60; k=n;  
    if (m-1<n) k=m-1;  
    l=m;  
    if (n-2<m) l=n-2;  
    if (l<0) l=0;  
    ll=k;  
    if (l>k) ll=l;  
    if (ll>=1)  
      { for (kk=1; kk<=ll; kk++)  
          { if (kk<=k)  
              { d=0.0;  
                for (i=kk; i<=m; i++)  
                  { ix=(i-1)*n+kk-1; d=d+a[ix]*a[ix];}  
                s[kk-1]=(float)sqrt(d);  
                if (s[kk-1]!=0.0)  
                  { ix=(kk-1)*n+kk-1;  
                    if (a[ix]!=0.0)  
                      { s[kk-1]=(float)fabs(s[kk-1]);  
                        if (a[ix]<0.0) s[kk-1]=-s[kk-1];  
                      }  
                    for (i=kk; i<=m; i++)  
                      { iy=(i-1)*n+kk-1;  
                        a[iy]=a[iy]/s[kk-1];  
                      }  
                    a[ix]=1.0f+a[ix];  
                  }  
                s[kk-1]=-s[kk-1];  
              }  
            if (n>=kk+1)  
              { for (j=kk+1; j<=n; j++)  
                  { if ((kk<=k)&&(s[kk-1]!=0.0))  
                      { d=0.0;  
                        for (i=kk; i<=m; i++)  
                          { ix=(i-1)*n+kk-1;  
                            iy=(i-1)*n+j-1;  
                            d=d+a[ix]*a[iy];  
                          }  
                        d=-d/a[(kk-1)*n+kk-1];  
                        for (i=kk; i<=m; i++)  
                          { ix=(i-1)*n+j-1;  
                            iy=(i-1)*n+kk-1;  
                            a[ix]=a[ix]+d*a[iy];  
                          }  
                      }  
                    e[j-1]=a[(kk-1)*n+j-1];  
                  }  
              }  
            if (kk<=k)  
              { for (i=kk; i<=m; i++)  
                  { ix=(i-1)*m+kk-1; iy=(i-1)*n+kk-1;  
                    u[ix]=a[iy];  
                  }  
              }  
            if (kk<=l)  
              { d=0.0;  
                for (i=kk+1; i<=n; i++)  
                  d=d+e[i-1]*e[i-1];  
                e[kk-1]=(float)sqrt(d);  
                if (e[kk-1]!=0.0)  
                  { if (e[kk]!=0.0)  
                      { e[kk-1]=(float)fabs(e[kk-1]);  
                        if (e[kk]<0.0) e[kk-1]=-e[kk-1];  
                      }  
                    for (i=kk+1; i<=n; i++)  
                      e[i-1]=e[i-1]/e[kk-1];  
                    e[kk]=1.0f+e[kk];  
                  }  
                e[kk-1]=-e[kk-1];  
                if ((kk+1<=m)&&(e[kk-1]!=0.0))  
                  { for (i=kk+1; i<=m; i++) w[i-1]=0.0;  
                    for (j=kk+1; j<=n; j++)  
                      for (i=kk+1; i<=m; i++)  
                        w[i-1]=w[i-1]+e[j-1]*a[(i-1)*n+j-1];  
                    for (j=kk+1; j<=n; j++)  
                      for (i=kk+1; i<=m; i++)  
                        { ix=(i-1)*n+j-1;  
                          a[ix]=a[ix]-w[i-1]*e[j-1]/e[kk];  
                        }  
                  }  
                for (i=kk+1; i<=n; i++)  
                  v[(i-1)*n+kk-1]=e[i-1];  
              }  
          }  
      }  
    mm=n;  
    if (m+1<n) mm=m+1;  
    if (k<n) s[k]=a[k*n+k];  
    if (m<mm) s[mm-1]=0.0;  
    if (l+1<mm) e[l]=a[l*n+mm-1];  
    e[mm-1]=0.0;  
    nn=m;  
    if (m>n) nn=n;  
    if (nn>=k+1)  
      { for (j=k+1; j<=nn; j++)  
          { for (i=1; i<=m; i++)  
              u[(i-1)*m+j-1]=0.0;  
            u[(j-1)*m+j-1]=1.0;  
          }  
      }  
    if (k>=1)  
      { for (ll=1; ll<=k; ll++)  
          { kk=k-ll+1; iz=(kk-1)*m+kk-1;  
            if (s[kk-1]!=0.0)  
              { if (nn>=kk+1)  
                  for (j=kk+1; j<=nn; j++)  
                    { d=0.0;  
                      for (i=kk; i<=m; i++)  
                        { ix=(i-1)*m+kk-1;  
                          iy=(i-1)*m+j-1;  
                          d=d+u[ix]*u[iy]/u[iz];  
                        }  
                      d=-d;  
                      for (i=kk; i<=m; i++)  
                        { ix=(i-1)*m+j-1;  
                          iy=(i-1)*m+kk-1;  
                          u[ix]=u[ix]+d*u[iy];  
                        }  
                    }  
                  for (i=kk; i<=m; i++)  
                    { ix=(i-1)*m+kk-1; u[ix]=-u[ix];}  
                  u[iz]=1.0f+u[iz];  
                  if (kk-1>=1)  
                    for (i=1; i<=kk-1; i++)  
                      u[(i-1)*m+kk-1]=0.0;  
              }  
            else  
              { for (i=1; i<=m; i++)  
                  u[(i-1)*m+kk-1]=0.0;  
                u[(kk-1)*m+kk-1]=1.0;  
              }  
          }  
      }  
    for (ll=1; ll<=n; ll++)  
      { kk=n-ll+1; iz=kk*n+kk-1;  
        if ((kk<=l)&&(e[kk-1]!=0.0))  
          { for (j=kk+1; j<=n; j++)  
              { d=0.0;  
                for (i=kk+1; i<=n; i++)  
                  { ix=(i-1)*n+kk-1; iy=(i-1)*n+j-1;  
                    d=d+v[ix]*v[iy]/v[iz];  
                  }  
                d=-d;  
                for (i=kk+1; i<=n; i++)  
                  { ix=(i-1)*n+j-1; iy=(i-1)*n+kk-1;  
                    v[ix]=v[ix]+d*v[iy];  
                  }  
              }  
          }  
        for (i=1; i<=n; i++)  
          v[(i-1)*n+kk-1]=0.0;  
        v[iz-n]=1.0;  
      }  
    for (i=1; i<=m; i++)  
    for (j=1; j<=n; j++)  
      a[(i-1)*n+j-1]=0.0;  
    m1=mm; it=60;  
    while (1==1)  
      { if (mm==0)  
          { ppp(a,e,s,v,m,n);  
            free(s); free(e); free(w); return(1);  
          }  
        if (it==0)  
          { ppp(a,e,s,v,m,n);  
            free(s); free(e); free(w); return(-1);  
          }  
        kk=mm-1;  
    while ((kk!=0)&&(fabs(e[kk-1])!=0.0))  
          { d=(float)(fabs(s[kk-1])+fabs(s[kk]));  
            dd=(float)fabs(e[kk-1]);  
            if (dd>eps*d) kk=kk-1;  
            else e[kk-1]=0.0;  
          }  
        if (kk==mm-1)  
          { kk=kk+1;  
            if (s[kk-1]<0.0)  
              { s[kk-1]=-s[kk-1];  
                for (i=1; i<=n; i++)  
                  { ix=(i-1)*n+kk-1; v[ix]=-v[ix];}  
              }  
            while ((kk!=m1)&&(s[kk-1]<s[kk]))  
              { d=s[kk-1]; s[kk-1]=s[kk]; s[kk]=d;  
                if (kk<n)  
                  for (i=1; i<=n; i++)  
                    { ix=(i-1)*n+kk-1; iy=(i-1)*n+kk;  
                      d=v[ix]; v[ix]=v[iy]; v[iy]=d;  
                    }  
                if (kk<m)  
                  for (i=1; i<=m; i++)  
                    { ix=(i-1)*m+kk-1; iy=(i-1)*m+kk;  
                      d=u[ix]; u[ix]=u[iy]; u[iy]=d;  
                    }  
                kk=kk+1;  
              }  
            it=60;  
            mm=mm-1;  
          }  
        else  
          { ks=mm;  
            while ((ks>kk)&&(fabs(s[ks-1])!=0.0))  
              { d=0.0;  
                if (ks!=mm) d=d+(float)fabs(e[ks-1]);  
                if (ks!=kk+1) d=d+(float)fabs(e[ks-2]);  
                dd=(float)fabs(s[ks-1]);  
                if (dd>eps*d) ks=ks-1;  
                else s[ks-1]=0.0;  
              }  
            if (ks==kk)  
              { kk=kk+1;  
                d=(float)fabs(s[mm-1]);  
                t=(float)fabs(s[mm-2]);  
                if (t>d) d=t;  
                t=(float)fabs(e[mm-2]);  
                if (t>d) d=t;  
                t=(float)fabs(s[kk-1]);  
                if (t>d) d=t;  
                t=(float)fabs(e[kk-1]);  
                if (t>d) d=t;  
                sm=s[mm-1]/d; sm1=s[mm-2]/d;  
                em1=e[mm-2]/d;  
                sk=s[kk-1]/d; ek=e[kk-1]/d;  
                b=((sm1+sm)*(sm1-sm)+em1*em1)/2.0f;  
                c=sm*em1; c=c*c; shh=0.0;  
                if ((b!=0.0)||(c!=0.0))  
                  { shh=(float)sqrt(b*b+c);  
                    if (b<0.0) shh=-shh;  
                    shh=c/(b+shh);  
                  }  
                fg[0]=(sk+sm)*(sk-sm)-shh;  
                fg[1]=sk*ek;  
                for (i=kk; i<=mm-1; i++)  
                  { sss(fg,cs);  
                    if (i!=kk) e[i-2]=fg[0];  
                    fg[0]=cs[0]*s[i-1]+cs[1]*e[i-1];  
                    e[i-1]=cs[0]*e[i-1]-cs[1]*s[i-1];  
                    fg[1]=cs[1]*s[i];  
                    s[i]=cs[0]*s[i];  
                    if ((cs[0]!=1.0)||(cs[1]!=0.0))  
                      for (j=1; j<=n; j++)  
                        { ix=(j-1)*n+i-1;  
                          iy=(j-1)*n+i;  
                          d=cs[0]*v[ix]+cs[1]*v[iy];  
                          v[iy]=-cs[1]*v[ix]+cs[0]*v[iy];  
                          v[ix]=d;  
                        }  
                    sss(fg,cs);  
                    s[i-1]=fg[0];  
                    fg[0]=cs[0]*e[i-1]+cs[1]*s[i];  
                    s[i]=-cs[1]*e[i-1]+cs[0]*s[i];  
                    fg[1]=cs[1]*e[i];  
                    e[i]=cs[0]*e[i];  
                    if (i<m)  
                      if ((cs[0]!=1.0)||(cs[1]!=0.0))  
                        for (j=1; j<=m; j++)  
                          { ix=(j-1)*m+i-1;  
                            iy=(j-1)*m+i;  
                            d=cs[0]*u[ix]+cs[1]*u[iy];  
                            u[iy]=-cs[1]*u[ix]+cs[0]*u[iy];  
                            u[ix]=d;  
                          }  
                  }  
                e[mm-2]=fg[0];  
                it=it-1;  
              }  
            else  
              { if (ks==mm)  
                  { kk=kk+1;  
                    fg[1]=e[mm-2]; e[mm-2]=0.0;  
                    for (ll=kk; ll<=mm-1; ll++)  
                      { i=mm+kk-ll-1;  
                        fg[0]=s[i-1];  
                        sss(fg,cs);  
                        s[i-1]=fg[0];  
                        if (i!=kk)  
                          { fg[1]=-cs[1]*e[i-2];  
                            e[i-2]=cs[0]*e[i-2];  
                          }  
                        if ((cs[0]!=1.0)||(cs[1]!=0.0))  
                          for (j=1; j<=n; j++)  
                            { ix=(j-1)*n+i-1;  
                              iy=(j-1)*n+mm-1;  
                              d=cs[0]*v[ix]+cs[1]*v[iy];  
                              v[iy]=-cs[1]*v[ix]+cs[0]*v[iy];  
                              v[ix]=d;  
                            }  
                      }  
                  }  
                else  
                  { kk=ks+1;  
                    fg[1]=e[kk-2];  
                    e[kk-2]=0.0;  
                    for (i=kk; i<=mm; i++)  
                      { fg[0]=s[i-1];  
                        sss(fg,cs);  
                        s[i-1]=fg[0];  
                        fg[1]=-cs[1]*e[i-1];  
                        e[i-1]=cs[0]*e[i-1];  
                        if ((cs[0]!=1.0)||(cs[1]!=0.0))  
                          for (j=1; j<=m; j++)  
                            { ix=(j-1)*m+i-1;  
                              iy=(j-1)*m+kk-2;  
                              d=cs[0]*u[ix]+cs[1]*u[iy];  
                              u[iy]=-cs[1]*u[ix]+cs[0]*u[iy];  
                              u[ix]=d;  
                            }  
                      }  
                  }  
              }  
          }  
      }  
     
    free(s);free(e);free(w);   
      return(1);  
  
  
  }  
  
   
void ppp(float a[],float e[],float s[],float v[],int m,int n)   
{ int i,j,p,q;  
    float d;  
    if (m>=n) i=n;  
    else i=m;  
    for (j=1; j<=i-1; j++)  
      { a[(j-1)*n+j-1]=s[j-1];  
        a[(j-1)*n+j]=e[j-1];  
      }  
    a[(i-1)*n+i-1]=s[i-1];  
    if (m<n) a[(i-1)*n+i]=e[i-1];  
    for (i=1; i<=n-1; i++)  
    for (j=i+1; j<=n; j++)  
      { p=(i-1)*n+j-1; q=(j-1)*n+i-1;  
        d=v[p]; v[p]=v[q]; v[q]=d;  
      }  
    return;  
  }  
  
   
  void sss(float fg[],float cs[])  
 { float r,d;  
    if ((fabs(fg[0])+fabs(fg[1]))==0.0)  
      { cs[0]=1.0; cs[1]=0.0; d=0.0;}  
    else   
      { d=(float)sqrt(fg[0]*fg[0]+fg[1]*fg[1]);  
        if (fabs(fg[0])>fabs(fg[1]))  
          { d=(float)fabs(d);  
            if (fg[0]<0.0) d=-d;  
          }  
        if (fabs(fg[1])>=fabs(fg[0]))  
          { d=(float)fabs(d);  
            if (fg[1]<0.0) d=-d;  
          }  
        cs[0]=fg[0]/d; cs[1]=fg[1]/d;  
      }  
    r=1.0;  
    if (fabs(fg[0])>fabs(fg[1])) r=cs[1];  
    else  
      if (cs[0]!=0.0) r=1.0f/cs[0];  
    fg[0]=d; fg[1]=r;  
    return;  
  }  
参考:线性,非线性多项式:http://blog.csdn.net/qll125596718/article/details/8248249 http://blog.csdn.net/poxiaozhuimeng/article/details/41117947 http://blog.csdn.net/ouyangying123/article/details/53996403http://blog.csdn.net/jairuschan/article/details/7517773/http://blog.csdn.net/zang141588761/article/details/50523036 http://www.cnblogs.com/gnuhpc/archive/2012/12/09/2809997.html http://download.csdn.net/download/biaobiao11/9755119
圆拟合:http://blog.sina.com.cn/s/blog_b27f71160101gxun.html  http://www.cnblogs.com/dotLive/archive/2007/04/06/524633.htmlhttp://blog.csdn.net/andylao62/article/details/24522365 http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/50889951 http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/50890587
椭圆拟合:http://doc.okbase.net/u013708970/archive/121532.html

转:http://blog.csdn.net/piaoxuezhong/article/details/54973750
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