內積與正交性

最小平方法(least squares)

有時 A*x = b 沒有精確解:方程比未知數多,沒有哪個 x 能同時滿足全部(想想用一條直線去擬合一堆散落的點)。最小平方法回答一個更溫和的問題:哪個 x 最接近?

這裡的「最接近」指總平方誤差最小。你量出 A*x 落點離 b 有多遠,把這個差距平方,再挑出讓平方偏差盡可能小的那個 x。平方既讓一切為正,又對大偏差的懲罰遠重於小偏差。

從幾何上看,這不過是一次投影。可達的輸出 A*x 構成一個子空間(A 的列空間),而最佳逼近正是 b 在該子空間上的影子,剩餘誤差則垂直地立在其上。這是直線擬合與迴歸分析的支柱。

minimize ||A*x - b||^2 -> A^T A x = A^T b

最小化平方誤差;其解把 b 投影到 A 的列空間上。

最佳 x 滿足正規方程 A^T A x = A^T b,它無非要求剩餘誤差與列空間正交。

又稱
least-squares approximationordinary least squares最小二乘最小平方最小二乘逼近