内积与正交性

最小二乘法(least squares)

有时 A*x = b 没有精确解:方程比未知数多,没有哪个 x 能同时满足全部(想想用一条直线去拟合一堆散落的点)。最小二乘法回答一个更温和的问题:哪个 x 最接近?

这里的「最接近」指总平方误差最小。你量出 A*x 落点离 b 有多远,把这个差距平方,再挑出让平方偏差尽可能小的那个 x。平方既让一切为正,又对大偏差的惩罚远重于小偏差。

从几何上看,这不过是一次投影。可达的输出 A*x 构成一个子空间(A 的列空间),而最佳逼近正是 b 在该子空间上的影子,剩余误差则垂直地立在其上。这是直线拟合与回归分析的支柱。

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

最小化平方误差;其解把 b 投影到 A 的列空间上。

最佳 x 满足正规方程 A^T A x = A^T b,它无非要求剩余误差与列空间正交。

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