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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。  n! G' t1 X5 i( K
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。: t' \  W" W' E, F
3.打印出三个多项式对象。: l1 V, m- r, T% f  d! }0 \
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。8 Q0 f, V/ T( n# s* Q  _
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。3 O( B, D3 E5 c4 ^! V& [) D8 K
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。
+ K1 w" s/ P. E# X2 g- G; }7.最后,显示图形。
9 Q' s$ o: K9 l( T& R" E& Z6 R) H/ |0 F8 g, Y$ V$ Z
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。
  H( s, O: \+ |$ E当你执行这段代码时,它会进行以下操作:* @9 [0 `: U# F" a) ]1 V4 K

) n) R9 z$ L! m1.导入所需库:

  1. ) Y3 e\" A* `: \8 Q9 Q  w# z
  2.    import matplotlib.pyplot as plt+ J\" q$ q! c% M+ _
  3.    import numpy as np$ H\" x+ o\" r  u, D3 M/ I. j$ ]
复制代码
2.定义源数据:

  1. * o9 k/ k& I, V/ p. ?3 J# L* X
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])5 o' O  n! A: @
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    $ S. ^* `' y8 V7 T+ w
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。
& M$ U5 Q5 e7 E. \
# |2 B1 d+ s. h3 o" X) v; b' `/ r3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    ! H2 m, m4 r  X/ N' Y4 N7 E
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2), O0 w0 u, h5 ]3 i9 R! 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。) t, ^. U+ W7 j/ z6 }
2 k" \) D. W, Z8 p* H# f' A# j
4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)
    8 W6 i1 A3 I7 M1 l. W
  2.    p2 = np.poly1d(z2)% O1 y0 H2 m+ u5 @. y: Q
  3.    p3 = np.poly1d(z3)4 G7 J/ H! k2 _2 i) k
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。
. L7 C$ R+ B) l! b4 s4 g% ?- L' l9 Q5 I* M6 Z. E- o$ ]! o( ^
5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    0 B: p  ^  `4 l+ e; }
  2.    print('p2 =\n', p2)* U  H5 K  r7 d0 E6 F+ a8 f
  3.    print('p3 =\n', p3)
    ' `2 Y8 F* ]* v& D, d2 f( L
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。; }/ L2 Z$ A0 A( n: D

0 W/ @& S0 S7 o- R/ a$ T6.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。* T7 N3 p+ g7 K0 Z5 j3 E

7 y( {/ C- R" x) s" w. Y. Z7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)5 _0 p( v$ i) d  q& d! x, g9 Y
  2.    y2 = p2(x1)
    0 m* h0 a8 [7 O% i
  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。9 J% `. k+ D( @% Z# ?& v

4 l( W# \+ ?5 L" ^! s8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. ; r- B; Z8 f+ c7 [
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear'); d\\" g# D+ K5 y! i7 f# @
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  5. 0 r& n/ F* j' k$ w1 @2 V# G
  6.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')
  7. ' @( D2 D2 p, A: m2 H; b- |5 f) ]
  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。
: v7 H# [; U% D) n5 V
9 o6 J: K: ^, Q) w0 p  k7 ]# E7 x9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。
7 W6 C+ ]+ N+ r+ z5 k2 }* c9 @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。8 U% p# I! [  x  Z
5 T! j  ^" c- A/ m% I# A

4 r( {" L5 c1 B# I1 Z6 r
0 f9 Q! e! \% q" |; a/ F

09.least_square_fitting.py

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