【股价预测】基于matlab最小二乘法股票价格预测【含Matlab源码 348期】

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二、最小二乘法简介

1 由损失函数引出一堆“风险”
1.1 损失函数
在机器学习中，所有的算法模型其实都依赖于最小化或最大化某一个函数，我们称之为“目标
最小化的这组函数被称为“损失函数”。什么是损失函数呢？
损失函数描述了单个样本预测值和真实值之间误差的程度。用来度量模型一次预测的好坏。
损失函数是衡量预测模型预测期望结果表现的指标。损失函数越小，模型的鲁棒性越好。
常用损失函数有：
0-1损失函数：用来表述分类问题，当预测分类错误时，损失函数值为1，正确为0

平方损失函数：用来描述回归问题，用来表示连续性变量，为预测值与真实值差值的平方。（误差值越大、惩罚力度越强，也就是对差值敏感）

绝对损失函数：用在回归模型，用距离的绝对值来衡量

对数损失函数：是预测值Y和条件概率之间的衡量。事实上，该损失函数用到了极大似然估计的思想。P(Y|X)通俗的解释就是：在当前模型的基础上，对于样本X，其预测值为Y，也就是预测正确的概率。由于概率之间的同时满足需要使用乘法，为了将其转化为加法，我们将其取对数。最后由于是损失函数，所以预测正确的概率越高，其损失值应该是越小，因此再加个负号取个反。

以上损失函数是针对于单个样本的，但是一个训练数据集中存在N个样本，N个样本给出N个损失，如何进行选择呢？
这就引出了风险函数。

1.2 期望风险
期望风险是损失函数的期望，用来表达理论上模型f(X)关于联合分布P(X,Y)的平均意义下的损失。又叫期望损失/风险函数。

1.3 经验风险
模型f(X)关于训练数据集的平均损失，称为经验风险或经验损失。
其公式含义为：模型关于训练集的平均损失（每个样本的损失加起来，然后平均一下）

经验风险最小的模型为最优模型。在训练集上最小经验风险最小，也就意味着预测值和真实值尽可能接近，模型的效果越好。公式含义为取训练样本集中对数损失函数平均值的最小。

1.4 经验风险最小化和结构风险最小化
期望风险是模型关于联合分布的期望损失，经验风险是模型关于训练样本数据集的平均损失。根据大数定律，当样本容量N趋于无穷时，经验风险趋于期望风险。
因此很自然地想到用经验风险去估计期望风险。但是由于训练样本个数有限，可能会出现过度拟合的问题，即决策函数对于训练集几乎全部拟合，但是对于测试集拟合效果过差。因此需要对其进行矫正：
结构风险最小化：当样本容量不大的时候，经验风险最小化容易产生“过拟合”的问题，为了“减缓”过拟合问题，提出了结构风险最小理论。结构风险最小化为经验风险与复杂度同时较小。

1.5 小结
1、损失函数：单个样本预测值和真实值之间误差的程度。
2、期望风险：是损失函数的期望，理论上模型f(X)关于联合分布P(X,Y)的平均意义下的损失。
3、经验风险：模型关于训练集的平均损失（每个样本的损失加起来，然后平均一下）。
4、结构风险：在经验风险上加上一个正则化项，防止过拟合的策略。

2 最小二乘法
2.1 什么是最小二乘法
最小二乘法源于法国数学家阿德里安的猜想：
对于测量值来说，让总的误差的平方最小的就是真实值。这是基于，如果误差是随机的，应该围绕真值上下波动。

即：

为了求出这个二次函数的最小值，对其进行求导，导数为0的时候取得最小值：

进而：

正好是算数平均数（算数平均数是最小二乘法的特例）。
这就是最小二乘法，所谓“二乘”就是平方的意思。
（高斯证明过：如果误差的分布是正态分布，那么最小二乘法得到的就是最有可能的值。）

2.2 线性回归中的应用

二、部分源代码

%-----最小二乘法方法—
clc;
clear all;
%% -------数据处理模块------------------
data(1,:)=xlsread('600085.xlsx','E5:E704');
%-----------------数据归一化处理----------
data(2,:)=xlsread('600085.xlsx','B5:B704');
%标准化处理
datamean=mean(data,2);
datastd=std(data,0,2);
Normdata=bsxfun(@minus,data,datamean)./repmat(datastd,1,700);
A1=Normdata(1,:);
B1=Normdata(2,:);
C=data(1,:);
trainP=B1(1:600);   %训练输入数据
trainT=A1(1:600);    %训练输出数据
preInput=B1(601:700);  %预测输入数据
targetOutput=C(601:700);  %目标数据%% -----  最小二乘法--------------
A=trainP*trainT'*inv(trainT*trainT');
%预测阶段
preP=A*preInput;

四、运行结果

五、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1] 包子阳,余继周,杨杉.智能优化算法及其MATLAB实例（第2版）[M].电子工业出版社，2016.
[2]张岩,吴水根.MATLAB优化算法源代码[M].清华大学出版社，2017.
[3]周品.MATLAB 神经网络设计与应用[M].清华大学出版社，2013.
[4]陈明.MATLAB神经网络原理与实例精解[M].清华大学出版社，2013.
[5]方清城.MATLAB R2016a神经网络设计与应用28个案例分析[M].清华大学出版社，2018.