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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。/ r, E2 c( \& v1 L
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。1 P6 [  h( G1 G, ^7 `
3.打印出三个多项式对象。
8 S' z3 p' J- [  N0 ^' k$ X4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。+ `2 u( j# }" {) |
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
( L- O4 r/ d: z. I; c. q6 q3 a6.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。
6 u( `7 @0 q  ^7.最后,显示图形。5 B( _$ f( ^$ w9 {" p
% F1 v; g$ g7 i% }& ^; e
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。
/ B1 i+ n* r: N) r) C当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
( y! {. K. h  w9 w$ E% |8 D8 \: d$ ^- g
1.导入所需库:

  1. % l4 m  p( o3 I5 u
  2.    import matplotlib.pyplot as plt
    ) k5 ^2 g6 A- d, p6 Z9 {4 N9 |
  3.    import numpy as np
    8 F) ^\" j: `2 i* T' U
复制代码
2.定义源数据:

  1. + `8 w' O8 D5 v- B& M
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])
    4 [* U# b7 w% m$ V, ^6 u& O
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])3 n: G3 j\" N8 F- ~* H# S& t
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。
+ x4 K" F1 O4 w/ k+ Q! _. L% c( }) v7 l; o6 L9 _( v7 }4 }
3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    5 v+ E* i\" \5 i, H& L
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)$ ^9 o- H\" s( F& L
  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。) _( N+ Y2 b' T

" G+ U# }6 S+ z# ~: J. Y4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)4 I2 [/ s2 W1 T, y( k% `
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
      ?& j8 W$ `) h3 W
  3.    p3 = np.poly1d(z3)6 `! t$ \3 k5 w, R* }
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。
6 D2 ?9 i) X" k4 m0 L
* C3 n8 P; s8 Q8 f- s5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)1 g0 I4 @% B8 j7 o8 m% \
  2.    print('p2 =\n', p2)- ?% Q# @# _6 W5 ~
  3.    print('p3 =\n', p3)$ P7 T9 V, \, n* ^\" x
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。
4 c5 a( f4 R" R8 P
1 o+ [. l* m! @' Q% r" N% X) t9 I6.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。
! [1 f# {$ u+ E7 `
% D: x; C1 \9 d" l7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    ; i: v: y/ \7 z, ~
  2.    y2 = p2(x1)' V& _- W7 h. R/ Q
  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。
1 c# @% u: i0 T% W4 G0 C2 |/ U& L) N& m3 i: C
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. \\" r+ l6 J\\" Z) G3 h% h7 A& y) b- a
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear'), c, Q. d: g# V! K0 ^3 @
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')+ \8 g, `6 F8 p: a\\" f  N
  5.    plt.plot(x1, y3, label='cubic'), j- I* E9 A/ O+ h- v' T
  6.    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。
( Q/ M: j2 G6 y. \9 _6 z3 h3 h& M6 c5 _. |, e/ ~
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。3 l+ U9 M. r: N- R" A
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。1 G' U# a/ g7 y! [& [7 I! k9 L
2 {7 H9 I3 x- `& ^
1 L' t! g( N- s  U4 j2 W; r

$ L/ o3 }# s& ^4 j4 Q5 r6 ~

09.least_square_fitting.py

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