符号回归(Symbolic Regression)是一种数学和计算方法,它使用符号推理来从数据中发现和建模函数关系。与传统的数值回归方法不同,符号回归不仅试图找到数据的最佳拟合线,而且还尝试发现数据背后的潜在数学公式。
符号回归通常涉及以下步骤:
候选公式生成:系统自动生成一组候选的数学表达式,这些表达式可能包括变量的不同次幂、对数、指数、三角函数等。
评估和选择:使用统计标准(如均方误差MSE、决定系数R²等)来评估每个候选公式对数据的拟合程度。
优化:通过调整公式中的参数(系数、指数等)来优化拟合度。
剪枝和简化:对模型进行简化,移除不必要的项,以避免过度拟合,并提高模型的泛化能力。
迭代搜索:这个过程是迭代的,系统会不断生成新的公式,评估它们,并选择最佳模型。
符号回归在以下领域特别有用:
符号回归的一个关键挑战是搜索空间可能非常大,因为可能的数学表达式数量是无限的。为了有效进行符号回归,需要使用高级的算法,如遗传算法、粒子群优化(PSO)、模拟退火等启发式搜索方法。
符号回归工具,如Eureqa(由Nutonian公司开发)和GP Provenance(基于遗传编程的方法),提供了自动化的符号回归平台,允许用户输入数据并自动发现数据背后的数学模型。