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使用 numpy 包进行最小二乘拟合

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发表于 2024-3-15 11:01 |只看该作者 |倒序浏览
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1.使用 np.polyfit() 函数对数据进行多项式拟合,分别拟合为一次、二次和三次多项式,得到拟合系数。- a- g9 M* ^$ P
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。& C" t* l* n: l" N* B
3.打印出三个多项式对象。& p2 c# ^5 N' r0 {
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。
, t0 n8 b4 R4 b7 j' `5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
$ A) l5 e3 l1 S5 N6.使用 plt.scatter() 绘制原始数据点,使用 plt.plot() 绘制拟合曲线,并添加图例。
4 N# v+ X- q& d5 J9 h7.最后,显示图形。: ?7 ?3 D" y; w+ O1 K' l

& F8 u# m* O! k1 J这段代码将原始数据拟合为一次、二次和三次多项式,并在同一图中展示了拟合曲线。
* c/ q2 t6 K% |3 q+ r当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
  e7 L2 a! L  a* ~) T  x% O) B" W$ s- ~2 m( f$ E3 z$ q2 i
1.导入所需库:

  1. ) ?5 l$ {; ~2 R: m4 W
  2.    import matplotlib.pyplot as plt  E9 L5 Q- i& c6 T
  3.    import numpy as np
    ( F\" \7 k& k/ H* O; F
复制代码
2.定义源数据:
  1. 2 C6 M, S0 @. k0 N* t/ y
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])
    5 [! C7 o* }0 s7 I, y* ]- Q$ d
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])# r4 y5 x/ b8 G! s
复制代码
这里 x 和 y 分别是输入数据的 x 和 y 值,用于进行多项式拟合。
% i8 M  u9 B* f* O
$ B1 j7 w  E. W7 m3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)( J% [8 x1 J4 K: F
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)
    4 M3 ~3 R$ j( p4 M& i8 f
  3.    z3 = np.polyfit(x, y, 3)
复制代码
使用 np.polyfit() 函数对数据进行多项式拟合,分别拟合为一次、二次和三次多项式,并返回拟合系数。* H7 {  m: A0 G/ G& _/ a) a

8 T7 D4 P: M/ x' |$ ]/ v4 Q4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)
    7 j  V- @( W) F3 t9 i  ], D. n( O
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    / ^% H/ T) _& F4 I/ q0 W) ]: r0 S
  3.    p3 = np.poly1d(z3)8 {& x2 B, e3 r! p
复制代码
使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象,这样可以方便地对多项式进行计算。
3 L& A1 H" m: f; m8 {! Q  R: Y) n
" r1 S2 Z2 b5 q  [: O5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    + a- s, d7 X8 N' {' m) X# k
  2.    print('p2 =\n', p2)
    9 h, [* g, s& }, Y3 `
  3.    print('p3 =\n', p3)0 y. G) Z$ j0 ]1 _' i
复制代码
打印出三个多项式对象,分别对应一次、二次和三次多项式。
7 q  W6 d# C7 W/ G: L: h+ u! U6 w0 G* B% E& A; O* `' p& U
6.生成新的 x 值:
  1.    x1 = np.linspace(-2, 7, 100)
复制代码
使用 np.linspace() 函数生成了一组新的 x 值,在范围从 -2 到 7 之间均匀分布,用于绘制拟合曲线。
/ a& G" D" x3 J- z) R0 A7 o0 T
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)9 Q* ]0 K, [) G' C3 j9 _
  2.    y2 = p2(x1)
    / x( l; u5 |9 z5 W0 e; V4 n
  3.    y3 = p3(x1)
复制代码
使用多项式对象 p1、p2 和 p3 计算了对应于新 x 值的 y 值。: s! v: T; ^2 w( \  f7 d

8 U6 F1 I- v! y( k8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)4 j! G\\" O. s+ t' S
  2.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  3. : g. }& \/ c7 o; l9 g
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  5.   i# w7 Z/ G5 n\\" G- V8 F
  6.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')
  7. 5 h( p$ g) i/ F8 \- z) w
  8.    plt.legend()
使用 plt.scatter() 绘制原始数据点,使用 plt.plot() 绘制拟合曲线,并添加图例,标记不同曲线对应的多项式阶数。. I/ z  P& a- f+ x

; N8 y0 N# G" Q! E9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。5 B: G  Q3 R' _) s" y! ]! d
这样,你就能够看到原始数据点以及拟合的一次、二次和三次多项式曲线,并对其进行比较。
, o* _( [1 r8 m! ~8 M- [. Z4 e5 ^

4 u; V( b- e* x% G  k1 i/ G% ^, m
( C; P' u, m% G* ]. {1 k

09.least_square_fitting.py

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