Álgebra Lineal. Tema 12. Mínimos cuadrados II. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

Documentos relacionados
Álgebra Lineal. Tema 13. Mínimos cuadrados. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

Álgebra Lineal. Tema 7. Forma normal de una transformación

Álgebra Lineal. Tema 7. La forma canónica de Jordan

Álgebra Lineal. Tema 6. Transformaciones lineales y matrices

Álgebra Lineal. Hoja 6. Transformaciones lineales y matrices

1.- Sean A i B dos matrices cuadradas invertibles. Es verdad que:

Una forma fácil de recordar esta suma (regla de Sarrus): Primero vamos a estudiar algunas propiedades de los determinantes.

Álgebra y Matemática Discreta

Álgebra Lineal. Ejercicios de evaluación. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

Álgebra Lineal. Tema 11. El Teorema Espectral en R. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

C/ Fernando Poo 5 Madrid (Metro Delicias o Embajadores).

SISTEMAS DE ECUACIONES LINEALES Y MATRICES

Producto Escalar. AMD Grado en Ingeniería Informática. AMD Grado en Ingeniería Informática (UM) Producto Escalar 1 / 31

Regresión múltiple. Demostraciones. Elisa Mª Molanes López

F F / 3 0 A 1 =

Procedimiento para encontrar la inversa de una matriz cuadrada (Método de Gauss-Jordan).

EJERCICIOS PAU MATEMÁTICAS II ARAGÓN Autor: Fernando J. Nora Costa-Ribeiro Más ejercicios y soluciones en fisicaymat.wordpress.com

Escuela de Economía Universidad de Carabobo Profesor: Exaú Navarro Pérez.

ESTIMACIÓN Estas transparencias contienen material adaptado del curso de PATTERN RECOGNITION AND MACHINE LEARNING de Heikki Huttunen y del libro Duda.

Estructura de este tema. Tema 4 Regresión lineal simple. Ejemplo: consumo de vino y dolencias cardíacas. Frecuencias

Variables aleatorias. Utilizando el resultado anterior, vemos que

1 0 4/ 5 13/

Álgebra Lineal. Tema 1. Multiplicación rápida de matrices

Tiro Oblicuo. Autor: Darío Kunik. Contacto

Estadística Diplomado

Propiedades de matrices simétricas definidas positivas:

Ejercicios tipo test de las lecciones 1 y El vector e = ( 1, 0, λ) está en el plano generado por los vectores u = (1, 2, 1) y

DISTRIBUCIONES BIDIMENSIONALES DISTRIBUCIONES BIDIMENSIONALES

Distribuciones bidimensionales

C/ Fernando Poo 5 Madrid (Metro Delicias o Embajadores).

Repaso de conceptos de álgebra lineal

7. REGRESIÓN POR MÍNIMOS CUADRADOS: REGRESIÓN POLINOMIAL. Jorge Eduardo Ortiz Triviño

Dos variables x e y están relacionadas funcionalmente cuando conocida la primera se puede saber con exactitud el valor de la segunda.

Álgebra Lineal - Grado de Estadística. Examen final 26 de junio de 2013 APELLIDOS, NOMBRE:

Modelado y simulación en Ingeniería Química. Manuel Rodríguez

Métodos Estadísticos Multivariados

E.T.S. Minas: Métodos Matemáticos Soluciones Tema 4 Métodos iterativos para sistemas de ecuaciones

Matemática Aplicada y Estadística - Farmacia Soluciones del Primer Examen Parcial - Grupo 3

ÁLGEBRA LINEAL I NOTAS DE CLASE UNIDAD 2

Teoría de la aproximación Métodos de Mínimos cuadrados

Álgebra y Matemática Discreta

ÁLGEBRA LINEAL I Algunas soluciones a la Práctica 3

Verdadero o falso (Total: 12 puntos)

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE LOS EXÁMENES DEL COLEGIO DE ÁLGEBRA Y GEOMETRÍA DE MATEMÁTICAS II CURSO

Una matriz es un arreglo rectangular de números. Los números en el arreglo se llaman elementos de la matriz. ) ( + ( ) ( )

Sesión de cálculo de errores

ÁLGEBRA LINEAL I Algunas soluciones a la Práctica 3

Métodos de factorización para resolver sistemas de ecuaciones lineales. 22 de agosto, 2012

Variables aleatorias

Tema 3: Espacios eucĺıdeos

Teoría de la aproximación Métodos de Mínimos cuadrados

Álgebra Lineal - Grado de Estadística. Examen final 27 de junio de 2014 APELLIDOS, NOMBRE:

CONTENIDOS MATEMÁTICAS II SEGUNDA EVALUACIÓN CURSO 2017/2018 MATRICES

Multicolinealidad Introducción. Uno de los supuestos básicos del modelo lineal general. y = Xβ + u

Matemática Aplicada y Estadística - Grado en Farmacia Curso 2014/15 1er. Examen Parcial 6 de noviembre de 2014

Tema 2: Determinantes

Lectura 1. Ayudante: Guilmer González 31 de enero, 2013

Teoría Espectral. Stephen B. Sontz. Centro de Investigación en Matemáticas, A.C. (CIMAT) Guanajuato, Mexico

Álgebra Lineal. Tema 6. Álgebra y edición de fotos. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

Método de los Mínimos Cuadrados Recursivos

Álgebra Lineal. Tema 8. Valores y vectores propios. Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas

Rango de una matriz. Jana Rodriguez Hertz GAL 1. 2 de abril de 2013 IMERL

Espacios Vectoriales. AMD Grado en Ingeniería Informática. AMD Grado en Ingeniería Informática (UM) Espacios Vectoriales 1 / 21

Definición (matriz): Definición (dimensión de una matriz): Si una matriz tiene m renglones y n columnas se dice que es de dimensión m n.

C/ Fernando Poo 5 Madrid (Metro Delicias o Embajadores).

E.T.S. Minas: Métodos Matemáticos Resumen y ejemplos Tema 9: Sistemas de EDOs lineales

Tema 6: Resolución aproximada de sistemas de ecuaciones lineales

Cap 3: Álgebra lineal

2.1 Introducción. Propiedades.

C/ Fernando Poo 5 Madrid (Metro Delicias o Embajadores).

Capítulo 2. Medidas Estadísticas Básicas Medidas estadísticas poblacionales

Álgebra Lineal. Tema 12. Geometría de las transformaciones lineales en R

FUNDAMENTOS MATEMÁTICOS (Grado en Ingeniería Informática) Práctica 8. MATRICES

RESOLUCIÓN DE SISTEMAS MEDIANTE DETERMINANTES

Un modelo para representar una relación aproximadamente

Clase 7 Herramientas de Álgebra Lineal

Tema 10: Introducción a los problemas de Asociación y Correlación

Ajuste por mínimos cuadrados

Cálculo Numérico. Curso Ejercicios: Preliminares I

ACTIVIDADES SELECTIVIDAD MATRICES

Examen de Matemáticas Aplicadas a las CC. Sociales II (Modelo 2008) Selectividad-Opción A Tiempo: 90 minutos

Departamento de Matemática Aplicada CÁLCULO COMPUTACIONAL. Licenciatura en Química (Curso ) Matrices Práctica 1

Métodos Estadísticos Multivariados

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE TEPOSCOLULA CARRERA: INGIENERIA SISTEMAS COMPUTACIONALES CATEDRATICO: ING. MARCO ANTONIO RUIZ VICENTE

Guía. Álgebra III. Examen parcial I. Determinantes. Formas cuadráticas.

Econometría de series de tiempo aplicada a macroeconomía y finanzas

Método de mínimo cuadrados (continuación)

ECONOMETRÍA II Prof.: Begoña Álvarez TEMA 1 INTRODUCCIÓN. Estimación por máxima verosimilitud y conceptos de teoría asintótica

Estimación de homografías

De manera similar, un tensor se puede expresar en un sistema diferente por medio de la transformación matricial:"

Estadística para la Economía y la Gestión IN 3401

ESTADÍSTICA. Tema 4 Regresión lineal simple

( ) + + β i ( x x i ) +

ESPACIOS VECTORIALES Y APLICACIONES LINEALES

Tema 7: Derivada de una función

DOCENTE: JESÚS E. BARRIOS P.

Apuntes de Series Temporales

Lección 2: Funciones vectoriales: límite y. continuidad. Diferenciabilidad de campos

!MATRICES INVERTIBLES

Optimización en Ingeniería

Transcripción:

Álgebra Lineal Tema 2 Mínimos cuadrados II Grado en Ingeniería Informática Doble Grado en Ingeniería Informática y Administración de Empresas AUTORES: J S ALAS, A T ORRENTE Y EJS V ILLASEÑOR

Índice general 2 Mínimos cuadrados II 2 Método general 2 22 Ejemplo práctico 4 I

Tema 2 Mínimos cuadrados II En este capítulo vamos a aplicar el método de los mínimos cuadrados a un caso más realista en el que las medidas experimentales tienen un cierto error estadístico En este tema se intentará introducir el menor número posible de conceptos de estadística y probabilidad Siguiendo con el ejemplo inicial del Tema 3 del curso, supongamos que tenemos dos magnitudes físicas X e Y que teóricamente satisfacen la ley: Y = α + β X, donde α, β R son ciertos parámetros que queremos estimar a partir de una serie de medidas experimentales En el Tema 3 considerábamos pares de medidas (x, y ), (x 2, y 2 ),, (x n, y n ) En este tema vamos a considerar la situación en la que conocemos el error estadístico σ i de cada medida y i y asumiremos que dichas medidas son estadísticamente independientes (es decir, no dependen unas de otras) Tenemos ahora tripletes de medidas (x, y, σ ), (x 2, y 2, σ 2 ),, (x n, y n, σ n ) y queremos estimar los valores óptimos de los parámetros α y β

2 Método general En el caso sin errores estadísticos, el método consistía esencialmente en minimizar la siguiente función n f(z) = A z b 2 = ɛ 2 i, donde ɛ i es la diferencia entre la predicción teórica dada por y i = (A z) i y la medida real b i En el ejemplo de la introducción la matriz A y el vector z toman la forma: x x 2 A =, z = (α, β) t x n i= Cuando tenemos errores estadísticos en las medidas experimentales, podemos generalizar estas ecuaciones de manera que el significado del vector z y la matriz A sean los mismos que en el Tema 3: el vector z contiene los r parámetros que queremos determinar y las entradas de la matriz A (de dimensión n r) son funciones de la magnitud física X En este caso la función que queremos minimizar es g(z) = n ((A z) i b i ) 2 σ 2 i= i = n ɛ 2 i σ 2 i= i, ya que lo que es físicamente relevante es el cociente entre los errores estadísticos de las medidas experimentales y las diferencias entre los valores experimentales y los teóricos Es decir, si una medida difiere de su valor teórico en una cantidad ɛ i, esta diferencia será poco relevante si ɛ i σ i ; pero sí será relevante cuando ɛ i σ i Para escribir esta ecuación en forma matricial, primero calculamos la llamada matriz 2

de covarianza de las medidas C Y = σ 2 0 0 0 σ 2 2 0 0 0 σ 2 n Esta matriz es diagonal porque las medidas de la magnitud Y son estadísticamente independientes entre sí Como nos interesa pesar las diferencias con el inverso de σ 2 i, definimos la matriz inversa G Y = C Y = La función g se puede re-escribir como σ 2 0 0 0 σ 2 2 0 0 0 σ 2 n g(z) = (A z b) t G Y (A z b), que se reduce a f cuando G Y es la matriz identidad Para calcular las ecuaciones que nos dan el valor mínimo de g usamos métodos similares a los del Tema 3 del curso El valor z 0 que minimiza g se escribe de forma compacta como: A t G Y A z 0 = A t G Y b Si la matriz A t G Y A es invertible, entonces la solución de este sistema z 0 es única y viene dada por: z 0 = (A t G Y A) A t G Y b Por supuesto, si G Y = I n, entonces esta ecuación se reduce a la derivada en el Tema 3 Además si G Y = α I con α R (es decir, todos los errores estadísticos son iguales), el resultado es exactamente igual al de los mínimos cuadrados habituales 3

22 Ejemplo práctico Supongamos que tenemos dos magnitudes físicas cuya dependencia teórica es Y = α + β X Hacemos cuatro medidas independientes y obtenemos la siguiente tabla de resultados i 2 3 4 x i 0 2 3 y i,4,5 3,7 4, σ i 0,2 0,4 0,4 0,2 Una representación gráfica de los valores experimentales (x i, y i ) está dada en la figura 2 Los errores estadísticos σ i se representan como una barra de error vertical que va del punto (x i, y i σ i ) al punto (x i, y i + σ i ) 5 4 Y 3 2 X 2 3 4 Figura 2: Representación gráfica de los datos experimentales (x i, y i, σ i ) con i 4 4

En este caso tenemos que G Y = 25 0 0 0 0 6,25 0 0 0 0 6,25 0 0 0 0 25, A = 0 2 3, b =,4,5 3,7 4, Haciendo los cálculos pertinentes resulta que z 0 = (α 0, β 0 ) t = (,372, 0,935) t Esta es la línea continua verde que aparece en la figura 22 Si ignoramos los errores estadísticos obtenemos otra solución z = (α, β ) t = (,3,,03) t Esta línea está representada en la figura 22 por una línea roja discontinua En la figura 22 se puede observar que la recta correspondiente a la solución de mínimos cuadrados con errores estadísticos se aproxima mucho más a los dos puntos con menores errores (ie, el primero y el último) que la recta correspondiente a la solución de mínimos cuadrados estándar La razón es que los puntos con menor error estadístico influyen en la solución mucho más que aquellos puntos con mayor error estadístico 5

5 4 Y 3 2 X 2 3 4 Figura 22: Representación gráfica de los datos experimentales (x i, y i, σ i ) con i 4 La línea roja discontinua marca la aproximación por mínimos cuadrados sin tener en cuenta los errores estadísticos La linea continua verde corresponde a la solución de mínimos cuadrados teniendo en cuenta dichos errores 6