收敛失败：达到迭代限制但未收敛 (10)

Question

我在获取特定曲线以将数据拟合到 nls 模型时遇到一些困难。

这是数据的公式：

((b1 * ((b2 * x)^b4)) / (1 + ((b2 * x)^b4)))^(b3 / b4)

我使用带有随机算法的 nls2 包来查找初始值。

library(nls2)

#FORMULA
eq <- y ~ (b1 * ((b2 * x)^b4)) / (1 + ((b2 * x)^b4))^(b3 / b4)

#LIMITS
values <- data.frame(
b1 = c(60, 63)
b2 = c(0, 0.05)
b3 = c(0, 1)
b4 = c(0, 0.9)

fit <- nls2(eq, 
data = .data, 
start = values, 
algorithm = "random", 
control = mls.control(maxiter = 1000))

nls(eq, .data, start = coef(fit), alg = "port", lower = 0)
plot(.data)

值应该是：

b1 = 62.2060
b2 = 0.0438
b3 = 0.9692
b4 = 0.8693

然而，当我尝试运行代码时，我总是以错误消息结束：Convergence Failure: Iteration limit reached without convergence (10)

如何避免收敛失败错误？非常感谢任何帮助。谢谢。

Answer 1

0。 TLDR

你没有在nls中设置lower和upper绑定，所以你没有得到收敛的结果。如果你设置它们，你会得到一个接近边界的结果。 看我上一段写的代码

其实，即使你设置了边界，由于数据质量不好（样本量小，不符合你的公式），也很难拟合出一个最优的接近真实 b1、'b2'、'b3' 和 b4 的值。 查看非技术原因。

1。收敛失败的非技术原因

我认为您的代码是正确的，这种收敛失败是由于您的数据质量或公式指定错误造成的。

一般情况下，你很难用6个点估计出4个参数。如果您拥有非常适合您的模型的良好数据，nlm 将会收敛。在你的情况下，要么你的数据是错误的，要么你的公式规范偏差很大。

我画了一个图给你看：

代码

# generate a line using true parameters:b1,b2,b3,b4
b1 = 62.2060
b2 = 0.0438
b3 = 0.9692
b4 = 0.8693
x_points = seq(50,420,length.out = 200)
y_points = (b1 * ((b2 * x_points)^b4)) / (1 + ((b2 * x_points)^b4))^(b3 / b4)
# plot the function
plot(x = x_points ,y = y_points, type ='l',col ='black',lwd = 5,
     xlim = c(min(yourdata$x)-5,max(yourdata$x)+5),
     ylim = c(min(yourdata$y)-5,max(yourdata$y)+5))  
# plot the data your got
points(yourdata$x,yourdata$y,cex = 2)

输出：

如果我们根据您的公式生成数据，我们可以很容易地拟合它们，如下所示：

## generate data
b1 = 62.2060
b2 = 0.0438
b3 = 0.9692
b4 = 0.8693
x <- runif(6,60,450)
y <- (b1 * ((b2 * x)^b4)) / (1 + ((b2 * x)^b4))^(b3 / b4)
data <- data.frame(x,y)

yourdata <- data.frame(x = c(409.56, 195.25, 60.53, 359.56, 188.79, 67.12), 
                       y = c(39.76100, 20.11875, 7.23675, 41.01100, 20.28035, 7.07200))

#FORMULA
eq <- y ~ (b1 * ((b2 * x)^b4)) / (1 + ((b2 * x)^b4))^(b3 / b4)

#LIMITS
values <- data.frame(
  b1 = c(60, 63),
  b2 = c(0, 0.05),
  b3 = c(0, 1),
  b4 = c(0, 0.9))

fit <- nls2(eq, 
              data = data, 
              start = values, 
              algorithm = "random", 
              control = nls.control(maxiter = 1000))

nls(eq, data, start = coef(fit), alg = "port",
    control = nls.control(maxiter = 1000,tol = 1e-05),
    low = c(60,0,0,0),upper =c(63,0.05,1,0.9) ,trace = TRUE)
plot(x,y)

输出：

Nonlinear regression model
  model: y ~ (b1 * ((b2 * x)^b4))/(1 + ((b2 * x)^b4))^(b3/b4)
   data: data
     b1      b2      b3      b4 
62.2060  0.0438  0.9692  0.8693 
 residual sum-of-squares: 3.616e-24
Algorithm "port", convergence message: absolute function convergence (6)

另请注意，在上面，我只生成 6 个数字来拟合模型。如果你生成更多的数据，比如60，你会有更好的收敛性！

2.Technical原因

阅读 PORT 文档后，我认为这个错误可能意味着

梯度计算不正确
停止公差太紧
梯度在某些迭代附近不连续

而这些都可能与你的数据和训练任务（你的边界和公式）有关。

试试下面的代码，你会得到更好的结果：

代码：


yourdata <- data.frame(x = c(409.56, 195.25, 60.53, 359.56, 188.79, 67.12), 
                       y = c(39.76100, 20.11875, 7.23675, 41.01100, 20.28035, 7.07200))

#FORMULA
eq <- y ~ (b1 * ((b2 * x)^b4)) / (1 + ((b2 * x)^b4))^(b3 / b4)

#LIMITS
values <- data.frame(
  b1 = c(60, 63),
  b2 = c(0, 0.05),
  b3 = c(0, 1),
  b4 = c(0, 0.9))

fit <- nls2(eq, 
              data = yourdata, 
              start = values, 
              algorithm = "random", 
              control = nls.control(maxiter = 1000))

nls(eq, yourdata, start = coef(fit), alg = "port",
    control = nls.control(maxiter = 1000,tol = 1e-05),
    low = c(60,0,0,0),upper =c(63,0.05,1,0.9) ,trace = TRUE)
plot(x,y)

输出：

Nonlinear regression model
  model: y ~ (b1 * ((b2 * x)^b4))/(1 + ((b2 * x)^b4))^(b3/b4)
   data: yourdata
      b1       b2       b3       b4 
63.00000  0.00155  0.00000  0.90000 
 residual sum-of-squares: 22.28
Algorithm "port", convergence message: both X-convergence and relative convergence (5)

我们可以看到，它收敛到边界，这意味着您的数据与您的设置（公式或边界）不一致。

收敛失败：达到迭代限制但未收敛 (10)

Convergence Failure: Iteration limit reached without convergence (10)

r

function

curve-fitting

nls

0。 TLDR

1。收敛失败的非技术原因

2.Technical原因