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곡선 적합 계산기

x와 y 값을 붙여넣으면 선형, 다항식(차수 2~6), 지수, 로그, 거듭제곱 곡선을 한 번에 적합합니다. 각 방정식과 R², 수정 R², RMSE, AIC, AICc가 나란히 나오고, 모든 곡선이 그려진 그래프, 잔차 진단, 모수의 표준오차, 새 x 값에 대한 예측을 제공합니다. 무료이며 회원가입이 필요 없고, 모든 계산은 브라우저에서 이루어집니다.

데이터 입력

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맞출 모델
지수 및 거듭제곱 적합

최소 네 개의 (x, y) 쌍을 입력하세요. 서로 다른 x 값이 최소 세 개 있어야 합니다.

곡선 적합 계산기 사용 방법

  1. 1. 자료를 입력하세요. 순서가 맞는 두 목록을 입력하거나, 한 줄에 "x, y" 쌍 하나씩 입력하세요. 점 네 개 이상과 서로 다른 x 값 세 개 이상이 필요하며, 많을수록 좋습니다.
  2. 2. 모델을 고르세요. 비교할 곡선을 선택하세요. 로그 모델과 거듭제곱 모델은 모든 x가 0보다 커야 하고, 지수 모델과 거듭제곱 모델은 모든 y가 0보다 커야 합니다. 적합할 수 없는 모델은 그 이유를 알려 줍니다.
  3. 3. 지수 및 거듭제곱 곡선의 적합 방법을 고르세요. 원래 y에 대한 비선형 최소제곱은 실제 값에 가장 잘 맞는 적합을 줍니다. 변환 옵션은 스프레드시트 추세선처럼 ln y를 통과하는 직선으로 적합합니다.
  4. 4. 비교하고 확인하세요. 표를 읽은 다음, 고려하는 모델의 그래프와 잔차를 확인하세요. 곡선의 모양이 틀렸다면 가장 좋은 숫자도 의미가 없습니다. 새 x 값은 예측 상자에 입력하세요.

곡선의 종류

모델방정식전형적인 용도
선형y = a₀ + a₁x일정한 변화
다항식, 차수 dy = a₀ + a₁x + … + a_dx^d굴곡이 있는 매끄러운 곡선. 최대 d − 1개의 꺾임점
지수y = a·e^(bx)일정한 백분율 속도로 증가하거나 감소
로그y = a + b·ln x빠르게 변하다가 평탄해짐
거듭제곱y = a·x^b척도 법칙. b는 탄력성

모든 다항식은 중심화되고 크기가 조정된 x에 대해 QR 분해로 적합하므로, 달력 연도(1990~2020)에 대한 차수 6 적합도 0~1 구간에 대한 적합만큼 정확합니다. 예측도 이 안정적인 형태를 사용합니다. 방정식에 표시되는 전개된 계수는 x가 크고 0에서 멀 때 상쇄 과정에서 자릿수를 잃을 수 있으며, 그럴 때 페이지가 경고합니다. 계수를 몇 자리로 반올림하는 스프레드시트 추세선 방정식은 같은 이유로 연도 단위의 x 값에 대해서는 고차 곡선을 재현할 수 없습니다.

지수 및 거듭제곱 적합에서 방법이 중요한 이유

변환 적합은 ln y를 취해 최소제곱 직선을 찾은 다음 다시 되돌립니다. 이는 로그 척도에서 오차를 최소화하므로, 작은 값에 큰 가중치를 주고 큰 값에는 작은 가중치를 줍니다. 비선형 적합은 y 자체의 제곱오차를 최소화하며, 보통 여러분이 관심 있는 것은 이쪽입니다. 같은 자료라도 두 방법은 서로 다른 모수와 다른 R² 값을 줍니다. 이 계산기는 모든 모델에 대해 원래 y 기준의 R²을 보고하므로 공정하게 비교할 수 있고, 변환 적합에 대해서는 스프레드시트가 보여 주는 로그 척도 R²도 함께 보여 줍니다.

실제 예시

예시는 고전적인 자동차 제동 자료 50개(R의 cars 데이터)를 불러옵니다. 속도(mph)와 정지 거리(피트)입니다. 다음은 원래 척도에서 여섯 모델을 적합한 결과입니다:

모델R²RMSEAICcΔ AICc
거듭제곱: y = 0.5897 x^1.54930.665415.06417.590
지수: y = 9.4045 e^(0.0917x)0.664915.07417.660.07
이차식0.667315.18419.662.07
선형: y = −17.58 + 3.932x0.651115.38419.682.09
삼차식0.673215.20421.253.66
로그0.560717.26431.1913.61

R²은 다항식 항을 하나 더할 때마다 조금씩 올라갑니다. 삼차식은 0.6732이고 차수 6 다항식은 0.6888입니다. 그러나 모수 하나마다 불이익을 주는 AICc는 모수가 두 개뿐인 거듭제곱 곡선과 지수 곡선을 앞에 놓습니다. 거듭제곱 곡선은 의미도 분명합니다. 제동 거리는 대략 속도의 1.5제곱으로 커지는데(b = 1.55, SE 0.19), 이는 물리학이 암시하는 선형 관계와 제곱 관계 사이에 있습니다. 상위 모델들은 AICc 기준으로 약 2 이내에 모여 있으므로 자료만으로는 구분할 수 없습니다. 그러니 말이 되는 모델을 고르세요. 같은 자료를 변환 거듭제곱 곡선으로 적합하면 로그 척도 R²은 0.7331이지만, 원래 척도의 R²은 0.6583으로 떨어집니다.

합리적으로 모델 고르기

  • 먼저 그래프를, 그다음 잔차를 보세요. 잔차에 패턴이 있으면 곡선의 모양이 잘못된 것입니다.
  • 모수 개수가 다른 모델을 비교할 때는 R²보다 AICc를 쓰세요. AICc는 같은 y 값에 적합한 모델끼리만 비교할 수 있습니다. 약 2 미만의 차이는 의미가 없습니다.
  • 이론을 우선하세요. 과정을 알고 있다면(복리 성장, 척도 법칙), 다른 모델이 약간 더 잘 맞더라도 그 과정에 맞는 모델을 쓰세요.
  • 다항식 차수는 낮게 유지하세요. 차수 3이나 4를 넘으면 다항식은 보통 잡음을 쫓아가고 자료 밖에서 심하게 흔들립니다. 그 밖으로 외삽하지 마세요.

자주 묻는 질문

가장 잘 맞는 곡선은 어떻게 고르나요?
자료와 각 곡선을 그리고, 잔차가 0 주변에 고르게 흩어져 있는지 확인한 다음, 모델들의 AICc를 비교하세요. R²만 보면 모수가 가장 많은 모델을 항상 선호합니다. 그다음에는 승자가 연구하는 과정에 비추어 말이 되는지, 그리고 가장 작은 x부터 가장 큰 x 사이에서만 쓸 것인지 생각해 보세요.
Excel의 지수 R²과 왜 다른가요?
Excel의 지수 추세선은 ln y를 통과하는 직선으로 적합하고, 그 로그 척도 적합에 대해 R²을 보고합니다. 비선형 최소제곱 적합은 y 자체의 오차를 최소화하며, 그 R²은 y에서 측정됩니다. 이 계산기는 두 방식을 모두 할 수 있으며, 변환 옵션에는 로그 척도 R²을, 모든 모델에는 원래 y 기준 R²을 보여 주어 비교가 공정하도록 합니다.
다항식은 몇 차로 해야 하나요?
보이는 모양을 담는 가장 낮은 차수를 쓰세요. 보통 2 또는 3입니다. 차수를 하나 올릴 때마다 곡선이 한 번 더 휘어 잡음을 맞추게 됩니다. R²은 올라가지만 예측은 나빠집니다. 최소 (차수 + 2)개의 자료 점이 필요하고, 믿을 만한 적합을 위해서는 훨씬 더 많이 필요합니다.
왜 내 자료에 로그, 거듭제곱, 지수 모델을 맞출 수 없나요?
로그는 양수에 대해서만 정의됩니다. 로그 모델과 거듭제곱 모델은 모든 x가 0보다 커야 하고, 지수 모델과 거듭제곱 모델은 모든 y가 0보다 커야 합니다. 적합이 ln y 또는 ln x를 거치기 때문입니다. 그 이동이 문제에 의미가 있을 때만 자료를 옮기세요(예: 시간을 0이 아니라 1부터 잰다).
AIC와 AICc는 무엇을 뜻하나요?
AIC는 적합도와 복잡도를 함께 따집니다. 로그우도에 −2를 곱한 값에 모수 개수의 두 배(오차 분산을 포함해서 셉니다)를 더한 값입니다. AICc는 n이 모수 개수에 비해 작을 때 중요한 보정을 더합니다. 낮을수록 좋고, 중요한 것은 차이입니다. 여기 값은 R의 정의를 따르므로 같은 모델에 대해 R의 AIC와 일치합니다.
적합된 방정식으로 자료 밖을 예측할 수 있나요?
매우 조심해서만 가능합니다. 여기 있는 모든 곡선은 측정한 범위에 대한 경험적 기술입니다. 다항식은 자료 바로 밖에서 심하게 흔들릴 수 있고, 지수는 폭발할 수 있습니다. 예측 상자는 새 x가 관측 범위 밖에 있으면 경고합니다.

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