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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。# l/ B3 p7 D% O$ ]; U# V
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。# J; A0 _# I* z1 `% F
3.打印出三个多项式对象。  ]5 `2 J6 J+ D, \7 ]5 t7 ~. Y$ A. c
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。. l3 y: ^" y: C! `* H+ q* E
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。! r" \% V% \' q  k' u" d, w+ D# o
6.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。
: Z! }: L& z* V* t0 _, Z2 B7.最后,显示图形。
: Y" p- v+ j6 m8 R
6 a4 s6 K$ R: P' y/ r; B8 H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. C  e, F. Q8 q% ]当你执行这段代码时,它会进行以下操作:4 a5 n; p, s1 C# I6 S* X
, r6 M! D0 [* c3 t
1.导入所需库:
  1. - y# J4 I  ]: |1 Q( U) }% Q9 z+ m  a
  2.    import matplotlib.pyplot as plt& \( r2 V) ^4 G& C% k\" [
  3.    import numpy as np
    5 Y( c8 O7 o, n: P+ ?' W2 r
复制代码
2.定义源数据:
  1. / ]- M6 b\" w  A& L* h6 Z, b) U
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])\" s, L; s5 _! r# Y
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    5 f( l/ }+ l  S\" s( y( d
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。6 `. N, H! \4 {& B5 d
9 B2 I4 n* W$ t% h- P9 ~1 S; o' {
3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)* E/ n8 W7 z8 `6 o% j2 g
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)4 x3 i7 ^$ B3 _9 `2 f+ k# D
  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。
+ R1 D2 q/ a. `! S2 r9 Q$ V' l; s/ i# y* t3 {$ O8 N, H8 E
4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)\" k# T/ @9 ^2 e+ P+ S
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    - h0 t1 @6 ]4 [# }0 v5 @
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    ; c$ d7 A1 P2 V- s9 v( v. I$ j( E( ^
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。
  ]( e/ M0 j: L
8 C- k! c3 B( I5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    ( \/ t7 W# r3 `* S' r5 R
  2.    print('p2 =\n', p2)/ L% Y0 p+ X2 t& V
  3.    print('p3 =\n', p3)( q% |. B, }1 N$ u! u
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。
6 ~2 S3 ~- q- P3 W6 r( m6 u+ b
* `' W+ U5 i. C+ `! ?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。# W- {3 @2 R' T1 p5 _! F
4 `  |9 D, ?' i, d, u
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    ! j- `# U$ Y/ }
  2.    y2 = p2(x1)
    0 ^- U0 G! @  M' E6 a) R
  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。2 z  s7 n+ j6 A# q' D2 E
$ }+ z( I7 L7 S5 l; A2 I9 K
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. $ _! s* N6 g\\" T- \4 d+ {
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear'); d8 X& y$ E) L7 F  I
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')\\" ^& O$ d3 S\\" x& U) e8 C! Q
  5.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')
  6. # ~\\" L\\" d: `  S. u# q
  7.    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。
; F2 S: J2 X4 f6 C, e8 p% M  h" v% U
9 O, C7 m6 U) t, ~2 i0 [9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。
& I5 l" d; r" f8 Z* |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。* F$ O! h9 i- z; g+ O  Y

* V0 U5 F$ [8 o' K4 ^: K6 |1 w0 Y5 {, U
- U& ?1 r+ u! X6 c' ?! M1 H. N. p" T$ f

09.least_square_fitting.py

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