NIM : 220605110070

KELAS : C

MATKUL : KALKULUS

DOSEN PENGAMPU : Prof.Dr.Suhartono,M.Kom

JURUSAN : TEKNIK INFORMATIKA

LEMBAGA : UNIVERSITAS ISLAM NEGERI MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG

library(mosaicCalc)
## Loading required package: mosaic
## Registered S3 method overwritten by 'mosaic':
##   method                           from   
##   fortify.SpatialPolygonsDataFrame ggplot2
## 
## The 'mosaic' package masks several functions from core packages in order to add 
## additional features.  The original behavior of these functions should not be affected by this.
## 
## Attaching package: 'mosaic'
## The following objects are masked from 'package:dplyr':
## 
##     count, do, tally
## The following object is masked from 'package:Matrix':
## 
##     mean
## The following object is masked from 'package:ggplot2':
## 
##     stat
## The following objects are masked from 'package:stats':
## 
##     binom.test, cor, cor.test, cov, fivenum, IQR, median, prop.test,
##     quantile, sd, t.test, var
## The following objects are masked from 'package:base':
## 
##     max, mean, min, prod, range, sample, sum
## Loading required package: mosaicCore
## 
## Attaching package: 'mosaicCore'
## The following objects are masked from 'package:dplyr':
## 
##     count, tally
## 
## Attaching package: 'mosaicCalc'
## The following object is masked from 'package:stats':
## 
##     D
Utils <- read.csv("http://www.mosaic-web.org/go/datasets/utilities.csv")
gf_point(ccf ~ temp, data = Utils) %>%
  gf_labs(y = "Natural gas usage (ccf/month)", 
          x = "Average outdoor temperature (F)")

Dengan data utilitas, masukannya adalah suhu, suhu. Keluaran yang akan dimodelkan adalah ccf. Untuk menyesuaikan fungsi model dengan data, tuliskan rumus dengan nama input, parameter, dan output yang sesuai di tempat yang tepat:

f <- fitModel(ccf ~ A * temp + B, data = Utils)

data yang digunakan untuk pemasangan adalah variabel (di sini temp); hal-hal lain (di sini, A dan B) adalah parameter.

gf_point(ccf ~ temp, data = Utils) %>%
  slice_plot(f(temp) ~ temp)

kita bisa menambahkan fungsi lain

f2 <- fitModel(
  ccf ~ A * temp + B + C *sqrt(temp),
  data = Utils)
gf_point(
  ccf ~ temp, data = Utils) %>%
  slice_plot(f2(temp) ~ temp)

contoh menggunakan banyak variabel. misal, data “used-honda.csv” harga mobil Honda bekas:

Hondas <- read.csv("http://www.mosaic-web.org/go/datasets/used-hondas.csv")
head(Hondas)
##   Price Year Mileage Location Color Age
## 1 20746 2006   18394  St.Paul  Grey   1
## 2 19787 2007       8  St.Paul Black   0
## 3 17987 2005   39998  St.Paul  Grey   2
## 4 17588 2004   35882  St.Paul Black   3
## 5 16987 2004   25306  St.Paul  Grey   3
## 6 16987 2005   33399  St.Paul Black   2

terlihat data di atas terdapat price, age, dan mileage. model menggunakan dua variabel

carPrice1 <- fitModel(
  Price ~ A + B * Age + C * Mileage, data = Hondas
)

atau

contour_plot(
  carPrice1(Age = age, Mileage = miles) ~ age + miles,
  domain(age=2:8, miles=range(0, 60000)))

di kontur seharga $17.000 Setiap kombinasi usia dan mil yang jatuh pada kontur ini menghasilkan harga mobil yang sama: $17.000. Kemiringan kontur memberitahukan bahwa pertukaran antara jarak tempuh dan usia. Lihatlah dua titik pada kontur yang berbeda 10.000 mil. Perbedaan usia yang sesuai adalah sekitar 1,5 tahun. Jadi, saat membandingkan dua mobil dengan harga yang sama, penurunan jarak tempuh sebesar 10.000 diimbangi dengan peningkatan usia 1,5 mil.

== ini interaksi antara usia dan jarak tempuh, dengan menyadari bahwa pengaruh usia mungkin berbeda bergantung pada jarak tempuh.

carPrice2 <- fitModel(
  Price ~ A + B * Age + C * Mileage + D * Age * Mileage,
  data = Hondas)

bisa diplot dengan cara seperti ini:

contour_plot(
  carPrice2(Age=age, Mileage=miles) ~ age + miles,
  domain(age = range(0, 8), miles = range(0, 60000)))

Bentuk konturnya sedikit berbeda dengan di carPrice1(); mereka sedikit menonjol ke atas. menafsirkan kontur seperti itu membutuhkan sedikit latihan. Lihatlah wilayah kecil di salah satu kontur. Kemiringan kontur memberi tahu Anda trade-offantara jarak tempuh dan usia. Untuk melihatnya, lihat kontur $17.000 yang melewati usia = 6 tahun dan jarak tempuh = 10.000 mil. Sekarang lihat kontur $ 17.000 dengan jarak tempuh nol. Dalam bergerak sepanjang kontur, harga tetap konstan. (Begitulah kontur didefinisikan: titik di mana harganya sama, dalam hal ini $17.000.) Menurunkan jarak tempuh sejauh 10.000 mil diseimbangkan dengan menambah usia kurang dari satu tahun. (Kontur $17.000 memiliki titik nol jarak tempuh dan 6,8 tahun.) Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahwa efek peningkatan usia 0,8 tahun sama dengan penurunan jarak tempuh 10.000 mil.

Sekarang lihat kontur $17.000 yang sama pada usia nol (yaitu, di ujung kiri grafik). Penurunan jarak tempuh sebesar 10.000 peningkatansesuai dengan usia 1,6 tahun. Dengan kata lain, menurut model, untuk mobil yang lebih baru kepentingan relatif antara jarak tempuh vs. usia lebih rendah daripada mobil yang lebih tua. Untuk mobil berusia nol, 10.000 mil bernilai 1,6 tahun, tetapi untuk mobil berusia enam tahun, 10.000 mil hanya bernilai 0,8 tahun.

Interaksi yang ditambahkan priceFun2()inilah yang menghasilkan pengaruh yang berbeda terhadap harga jarak tempuh untuk mobil yang berbeda umur.

Operator fitModel()membuatnya sangat mudah untuk menemukan parameter dalam model apa pun yang membuat model mendekati data paling dekat. Pekerjaan dalam pemodelan adalah memilih bentuk model yang tepat (Istilah interaksi atau tidak? Apakah akan memasukkan variabel baru atau tidak?) dan menginterpretasikan hasilnya. Di bagian selanjutnya, kita akan melihat beberapa pilihan berbeda dalam bentuk model (linier vs. nonlinier) dan beberapa logika matematis di balik pemasangan.

6.1 KURVA DAN MODEL LINEAR

Kata linier dalam “model linier” mengacu pada “kombinasi linier”, bukan “garis lurus”. Sebagai ilustrasi, data dalam file “utilities.csv”merekam suhu rata-rata setiap bulan (dalam derajat F) serta penggunaan gas alam bulanan (dalam kaki kubik, ccf).

Utilities = read.csv("http://www.mosaic-web.org/go/datasets/utilities.csv")
gf_point(ccf ~ temp, data = Utilities)

Dalam hal aljabar linier adalah kombinasi linier dari fungsi f1(T)=1 dan f2(T)=T . Secara konvensional, tentu saja, fungsi garis lurus ditulis f(T)=b+mT.

project(ccf ~ temp + 1, data = Utilities)
## (Intercept)        temp 
##  253.098208   -3.464251

Operator project( )memberikan nilai skalar. Fungsi pemasangan terbaik itu sendiri dibangun dengan menggunakan nilai skalar ini untuk menggabungkan fungsi yang terlibat.

model_fun = makeFun( 253.098 - 3.464*temp ~ temp)
gf_point(ccf ~ temp, data=Utils) %>%
  slice_plot(model_fun(temp) ~ temp)

bisa menambahkan fungsi lain seperti sqrt(T):

project(ccf ~ temp  + sqrt(temp) + 1, data = Utils)
## (Intercept)        temp  sqrt(temp) 
##  447.029273    1.377666  -63.208025
mod2 <- makeFun(447.03 + 1.378*temp - 63.21*sqrt(temp) ~ temp)
gf_point(ccf ~ temp, data=Utils) %>% # the data
  slice_plot(mod2(temp) ~ temp) %>%
  gf_labs(x = "Temperature (F)", 
          y = "Natural gas used (ccf)")

Operator project( )mengambil serangkaian vektor. Saat menyesuaikan fungsi ke data, vektor ini berasal dari kumpulan data sehingga perintah harus mengacu pada nama besaran seperti yang muncul di kumpulan data, misalnya, ccf atau temp.

contoh menggunakan banyak variabel dalam sebuah proyeksi:

Hondas = read.csv("http://www.mosaic-web.org/go/datasets/used-hondas.csv")
head(Hondas)
##   Price Year Mileage Location Color Age
## 1 20746 2006   18394  St.Paul  Grey   1
## 2 19787 2007       8  St.Paul Black   0
## 3 17987 2005   39998  St.Paul  Grey   2
## 4 17588 2004   35882  St.Paul Black   3
## 5 16987 2004   25306  St.Paul  Grey   3
## 6 16987 2005   33399  St.Paul Black   2

Inilah model yang sangat sederhana yang menggunakan kedua variabel:

project(Price ~ Age + Mileage + 1, data = Hondas)
##   (Intercept)           Age       Mileage 
##  2.133049e+04 -5.382931e+02 -7.668922e-02

fungsi matematika:

car_price <- makeFun(21330-5.383e2*age-7.669e-2*miles ~ age & miles)
contour_plot(car_price(age, miles) ~ age + miles,
  domain(age=range(2, 8), miles=range(0, 60000))) %>%
  gf_labs(title = "Miles per gallon")

model yang lebih canggih:

project(Price ~ Age + Mileage + Age*Mileage + 1, data = Hondas)
##   (Intercept)           Age       Mileage   Age:Mileage 
##  2.213744e+04 -7.494928e+02 -9.413962e-02  3.450033e-03
car_price2 <- makeFun(22137 - 7.495e2*age - 9.414e-2*miles +
                         3.450e-3*age*miles ~ age & miles)
contour_plot(
  car_price2(Age, Mileage) ~ Age + Mileage,  
  domain(Age = range(0, 10), Mileage = range(0, 100000))) %>%
  gf_labs(title = "Price of car (USD)")

6.2 fitModel()

6.3 FUNGSI DENGAN PARAMETER NON LINEAR

Fungsi dengan parameter nonlinier eknik aljabar linier dapat digunakan untuk mencari kombinasi linier terbaik dari suatu himpunan fungsi. Namun, seringkali, ada parameter dalam fungsi yang muncul secara nonlinier. Contohnya termasuk k di f(t)=Aexp(kt)+C dan P di Asin(2πPt)+C . Menemukan parameter nonlinier ini tidak dapat dilakukan secara langsung menggunakan aljabar linier, meskipun metode aljabar linier memang membantu menyederhanakan situasi.

6.4 FUNGSI EKSPONENSIAL

Fungsi eksponensial sebagai contoh, pertimbangkan “Income-Housing.csv”data yang menunjukkan hubungan eksponensial antara fraksi keluarga dengan dua mobil dan pendapatan:

Families <- read.csv("http://www.mosaic-web.org/go/datasets/Income-Housing.csv")
gf_point(TwoVehicles ~ Income, data = Families)

Pola data menunjukkan “pembusukan” eksponensial terhadap hampir 100% keluarga yang memiliki dua kendaraan. Bentuk matematika dari fungsi eksponensial ini adalah Aexp(kY)+C . A dan C adalah parameter linier yang tidak diketahui. k adalah parameter nonlinear yang tidak diketahui – ini akan menjadi negatif untuk peluruhan eksponensial. Misalkan kita menebak k . Tebakan tidak harus benar-benar acak; kita dapat melihat dari datanya sendiri bahwa “waktu paruh” adalah sekitar $25.000. Parameter k sesuai dengan waktu paruh, itu ln(0.5)/half-life , jadi di sini tebakan yang bagus untuk k adalah ln(0,5)/25000 , yaitu:

kguess <- log(0.5) / 25000
kguess
## [1] -2.772589e-05

nilai terbaik dari parameter linier A dan C melalui teknik aljabar linier:

project( TwoVehicles ~ 1 + exp(Income*kguess), data = Families)
##          (Intercept) exp(Income * kguess) 
##             110.4263            -101.5666

fungsi yang merupakan kombinasi linier terbaik dengan menambahkan kedua fungsi secara eksplisit:

f <- makeFun( 110.43 - 101.57*exp(Income * k) ~ Income, k = kguess)
gf_point(TwoVehicles ~ Income, data = Families) %>%
  slice_plot(f(Income) ~ Income)

Grafik berjalan sangat dekat dengan titik data. Tapi kita juga bisa melihat nilai numerik dari fungsi untuk setiap pendapatan:

f(Income = 10000)
## [1] 33.45433
f(Income = 50000)
## [1] 85.0375

Sangat informatif untuk melihat nilai fungsi untuk Incomelevel tertentu dalam data yang digunakan untuk pemasangan, yaitu data frame Families:

Results <- Families %>% 
  dplyr::select(Income, TwoVehicles) %>%
  mutate(model_val = f(Income = Income),
         resids = TwoVehicles - model_val)
Results
##   Income TwoVehicles model_val     resids
## 1   3914        17.3  19.30528 -2.0052822
## 2  10817        34.3  35.17839 -0.8783904
## 3  21097        56.4  53.84097  2.5590313
## 4  34548        75.3  71.45680  3.8432013
## 5  51941        86.6  86.36790  0.2320981
## 6  72079        92.9  96.66273 -3.7627306

panjang kuadrat vektor adalah jumlah residu kuadrat:

sum(Results$resids^2)
## [1] 40.32358

Panjang persegi residsvektor ini merupakan cara penting untuk mengukur seberapa cocok model dengan data.

6.5 MENGOPTIMALKAN TEBAKAN

membuat fungsi yang menghitung jumlah sisa kuadrat untuk nilai apa pun dari k.

sum_square_resids <- Vectorize(function(k) {
  sum((Families$TwoVehicles - f(Income=Families$Income, k)) ^ 2)
})
slice_plot(
   sum_square_resids(k) ~ k, 
   domain(k = range(log(0.5)/40000,log(0.5)/20000)))

Ini adalah perintah komputer yang agak rumit, tetapi grafiknya langsung. kita dapat melihat bahwa nilai “terbaik” dari k , yaitu nilai k yang membuat jumlah residu kuadrat sekecil mungkin, mendekati k=−2.8×10−5 — tidak terlalu jauh dari tebakan awal, seperti yang terjadi. (Itu karena waktu paruh sangat mudah diperkirakan.

Sumber Referensi : https://dtkaplan.github.io/RforCalculus/graphing-functions.html