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Regressão Linear: da Física Experimental à Ciência de Dados e ao Aprendizado de Máquina

Prof. Alberto Ricardo Präss
PrassTek Quantum Computing

10. A regressão linear como detector de leis físicas

Diversos experimentos clássicos podem ser convertidos em problemas de regressão linear.

Tabela 3. Exemplos de linearização de relações físicas.
Fenômeno Relação Transformação Grandeza obtida
Queda livre \(s=\frac{1}{2}gt^2\) \(s\) × \(t^2\) \(g\)
Lei de Hooke \(F=kx\) \(F\) × \(x\) \(k\)
Lei de Ohm \(V=RI\) \(V\) × \(I\) \(R\)
Movimento uniforme \(x=x_0+vt\) \(x\) × \(t\) \(v\)
Decaimento exponencial \(N=N_0e^{-\lambda t}\) \(\ln N\) × \(t\) \(\lambda\)

Observe que, em cada caso, a inclinação da reta possui significado físico. O gráfico deixa de ser apenas uma representação visual e transforma-se em um instrumento para determinar quantitativamente uma propriedade do sistema.

11. Física e estatística estão fazendo a mesma coisa?

Existe uma interessante diferença de perspectiva entre a Física experimental e a estatística.

Para o físico experimental, normalmente existe uma pergunta sobre a natureza. Desejamos determinar uma constante, verificar uma lei ou estimar um parâmetro de um modelo físico.

Para o estatístico, a questão pode ser formulada de maneira mais geral: qual modelo matemático descreve melhor a relação entre duas variáveis e quais parâmetros podem ser inferidos a partir dos dados?

A matemática pode ser praticamente a mesma, mas o objetivo científico é diferente.

Tabela 4. Diferentes perspectivas sobre a regressão linear.
Física experimental Estatística Machine Learning
Determinar parâmetros físicos. Inferir relações e parâmetros. Fazer previsões.
Testar modelos teóricos. Quantificar incertezas. Minimizar erro de previsão.
Interpretar unidades e dimensões. Estudar variabilidade. Avaliar desempenho em dados novos.