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Calcolatore di Adattamento di Curve

Incolla i valori di x e y e adatta in un colpo solo curve lineari, polinomiali (grado 2–6), esponenziali, logaritmiche e di potenza. Ottieni ogni equazione con R², R² corretto, RMSE, AIC e AICc affiancati, un grafico con tutte le curve, la diagnostica dei residui, gli errori standard dei parametri e le previsioni per nuovi valori di x. Gratuito, senza registrazione; tutto avviene nel tuo browser.

Inserimento dei dati

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Modelli da adattare
Adattamenti esponenziali e di potenza

Inserisci almeno quattro coppie (x, y), con almeno tre valori di x diversi.

Come usare il calcolatore di adattamento di curve

  1. 1. Inserisci i dati. Scrivi due liste con valori in corrispondenza, oppure una coppia «x, y» per riga. Servono quattro o più punti con almeno tre valori di x diversi; più ce ne sono, meglio è.
  2. 2. Scegli i modelli. Seleziona le curve da confrontare. I modelli logaritmico e di potenza richiedono ogni x maggiore di 0; i modelli esponenziale e di potenza richiedono ogni y maggiore di 0. Un modello che non può essere adattato spiega il motivo.
  3. 3. Scegli il metodo di adattamento per le curve esponenziali e di potenza. I minimi quadrati non lineari sulla y originale danno il miglior adattamento ai valori effettivi. L'opzione trasformata adatta una retta ai valori di ln y, come fanno le linee di tendenza dei fogli di calcolo.
  4. 4. Confronta e verifica. Leggi la tabella, poi il grafico e i residui del modello che stai considerando: il numero migliore conta poco se la forma della curva è sbagliata. Usa la casella di previsione per i nuovi valori di x.

Le curve

ModelloEquazioneUso tipico
Linearey = a₀ + a₁xCambiamento costante
Polinomiale, grado dy = a₀ + a₁x + … + a_dx^dUna curva liscia con curvature; al massimo d − 1 punti di svolta
Esponenzialey = a·e^(bx)Crescita o decrescita a un tasso percentuale costante
Logaritmicoy = a + b·ln xCambiamento rapido che poi si livella
Di potenzay = a·x^bLeggi di scala; b è l'elasticità

Ogni polinomio è adattato con la decomposizione QR su una x centrata e riscalata, quindi un adattamento di grado 6 agli anni di calendario (1990–2020) è accurato quanto uno tra 0 e 1, e le previsioni usano quella forma stabile. I coefficienti espansi mostrati nell'equazione possono ancora perdere cifre per cancellazione quando x è grande e lontana da zero, e la pagina avvisa quando succede. Le equazioni delle linee di tendenza dei fogli di calcolo, che arrotondano i coefficienti a poche cifre, non possono riprodurre curve di grado elevato su valori di x grandi come anni, per la stessa ragione.

Perché il metodo conta per gli adattamenti esponenziali e di potenza

Un adattamento trasformato prende ln y, trova la retta dei minimi quadrati e poi riconverte. Così minimizza gli errori sulla scala logaritmica, dando più peso ai valori piccoli e meno a quelli grandi. Un adattamento non lineare minimizza gli errori quadratici sulla y stessa, che di solito è ciò che ti interessa. I due metodi danno parametri diversi per gli stessi dati, e valori di R² diversi. Questo calcolatore riporta l'R² sulla y originale per ogni modello, così i modelli si possono confrontare in modo equo e, per un adattamento trasformato, anche l'R² sulla scala logaritmica che mostrerebbe un foglio di calcolo.

Un esempio svolto

L'esempio carica le classiche 50 misurazioni di frenata di automobili (i dati cars di R): velocità in mph contro distanza di arresto in piedi. Sei modelli, adattati sulla scala originale:

ModelloR²RMSEAICcΔ AICc
Di potenza: y = 0,5897 x^1,54930,665415,06417,590
Esponenziale: y = 9,4045 e^(0,0917x)0,664915,07417,660,07
Quadratico0,667315,18419,662,07
Lineare: y = −17,58 + 3,932x0,651115,38419,682,09
Cubico0,673215,20421,253,66
Logaritmico0,560717,26431,1913,61

R² cresce con ogni termine polinomiale — il cubico segna 0,6732 e un polinomio di grado 6 0,6888 — ma l'AICc, che penalizza ogni parametro, mette in testa i modelli di potenza ed esponenziale a due parametri. La curva di potenza ha anche un significato sensato: la distanza di frenata cresce più o meno come la velocità elevata alla 1,5 (b = 1,55, errore standard 0,19), tra la relazione lineare e quella quadratica che suggerisce la fisica. I modelli migliori distano circa 2 punti di AICc l'uno dall'altro, quindi i dati non riescono a separarli: preferisci quello che ha senso. Adattata come curva di potenza trasformata, l'R² sulla scala logaritmica è 0,7331, ma l'R² sulla scala originale scende a 0,6583.

Scegliere un modello con giudizio

  • Parti dal grafico, poi guarda i residui. Uno schema nei residui significa che la forma è sbagliata.
  • Usa l'AICc, non l'R², per confrontare modelli con un numero diverso di parametri. L'AICc è confrontabile solo tra modelli adattati agli stessi valori di y. Differenze sotto circa 2 non sono significative.
  • Preferisci la teoria. Se conosci il processo (crescita composta, una legge di scala), usa il modello corrispondente anche se un altro ottiene un punteggio leggermente migliore.
  • Tieni basso il grado dei polinomi. Oltre il grado 3 o 4 un polinomio di solito insegue il rumore e oscilla violentemente fuori dai dati. Non estrapolare con uno di questi.

Domande frequenti

Come scelgo la curva che si adatta meglio?
Disegna i dati e ciascuna curva, verifica che i residui si distribuiscano in modo uniforme attorno allo zero e confronta l'AICc tra i modelli. Da solo, l'R² premia sempre il modello con più parametri. Poi chiediti se il vincitore ha senso per il processo che stai studiando e se lo userai solo tra il tuo valore di x più piccolo e quello più grande.
Perché il mio R² esponenziale è diverso da quello di Excel?
La linea di tendenza esponenziale di Excel adatta una retta a ln y e riporta l'R² di quell'adattamento sulla scala logaritmica. Un adattamento non lineare dei minimi quadrati minimizza gli errori sulla y stessa e il suo R² è misurato sulla y. Questo calcolatore può fare entrambi e mostra l'R² sulla scala logaritmica per l'opzione trasformata e l'R² sulla scala originale per tutti i modelli, così il confronto è equo.
Quale grado di polinomio dovrei usare?
Usa il grado più basso che cattura la forma che vedi, di solito 2 o 3. Ogni grado in più permette alla curva di piegarsi ancora una volta e di adattarsi al rumore: l'R² sale ma le previsioni peggiorano. Ti servono almeno grado + 2 punti dati, e molti di più per un adattamento affidabile.
Perché non posso adattare un modello logaritmico, di potenza o esponenziale ai miei dati?
Il logaritmo è definito solo per numeri positivi. Un modello logaritmico o di potenza richiede ogni x maggiore di 0, e un modello esponenziale o di potenza richiede ogni y maggiore di 0, perché l'adattamento lavora tramite ln y o ln x. Traslare i dati (per esempio misurando il tempo da 1 invece che da 0) è accettabile solo se ha senso per il tuo problema.
Che cosa significano AIC e AICc?
L'AIC bilancia adattamento e complessità: è −2 volte il logaritmo della verosimiglianza più due volte il numero di parametri (contando la varianza dell'errore). L'AICc aggiunge una correzione che conta quando n è piccolo rispetto al numero di parametri. Valori più bassi sono migliori, e contano solo le differenze. I valori qui usano la definizione di R, quindi coincidono con l'AIC di R per lo stesso modello.
Posso usare l'equazione adattata per prevedere al di fuori dei miei dati?
Solo con grande cautela. Ogni curva qui è una descrizione empirica dell'intervallo che hai misurato. I polinomi possono oscillare violentemente appena oltre i dati, e un'esponenziale può esplodere. La casella di previsione ti avvisa quando il nuovo x cade fuori dall'intervallo osservato.

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