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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。
8 Z0 _9 \; E" G. a# j5 z# u2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。2 G3 Q# x( l3 y# A8 Z4 _
3.打印出三个多项式对象。/ V/ ^0 W+ H) x
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。
  }/ Q/ v$ J5 ?5 w6 ~5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
4 ^% K3 p4 v2 C9 W4 r6.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。
+ ?, [) _# n+ n! }, x9 i, }7.最后,显示图形。  l3 m3 {0 o6 e$ ^

3 y4 S7 c0 G: \9 m, 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。
9 C( q( B: {7 c8 w% r& y当你执行这段代码时,它会进行以下操作:6 q2 A3 n9 e" {  u7 d! n
7 l" [9 x; i9 s/ T  w  T
1.导入所需库:

  1. + @+ ]5 n, D+ h! d5 v* r9 \
  2.    import matplotlib.pyplot as plt
    / x0 M9 @3 A) E! o2 s0 z
  3.    import numpy as np3 N& F+ t% A4 B% D3 P. A
复制代码
2.定义源数据:

  1. 0 P' i! y# e& C6 m7 E6 j2 `, p
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])' j. {\" A: N9 J\" k. |$ f
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])# i6 c# I! r9 Y- Q  _% I; o
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。
# Z/ s, h9 g) Y; y
8 t" [4 s" n' P% `. t3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)6 A% s, E  B7 h
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)
    & X- }. F' U& `+ `. ?
  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。  \" g( D, F' Y0 }3 u
. w3 `8 h! U% p2 b- q, ^
4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)
    / k1 T6 {7 V- k4 x
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    , P/ k- [* `5 C1 P/ Z6 ~
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    0 M\" |* m/ O( a  u9 O. H
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。
5 C1 t( V  Q3 w' Z4 O$ j  A. s/ Z& \$ g) I1 ~  m: C6 r2 p
5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)8 ~$ U- b4 ^7 D0 F4 n
  2.    print('p2 =\n', p2)6 X9 k9 A$ ^+ \( X0 ?4 u
  3.    print('p3 =\n', p3)' q6 u6 k: K2 e4 Q
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。
; a& _4 j* ~# Q6 Z, @9 L4 J, S. d# r; v5 @. F! G
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。
5 u. I7 ?5 g# k% m# T- m$ a  K
4 k7 l% U6 h4 M/ I% G! l2 S7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    4 k) W4 z: l3 k8 J9 _
  2.    y2 = p2(x1)
    0 F+ t* L# j8 d8 q2 l6 \
  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。
* l" N) q5 H/ Q4 C1 w* s! Z# Q4 t. L
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. 1 U7 f2 G. R# g8 X, S  O& m' G
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  4. # ?2 K  Q+ H+ l: _
  5.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  6. . {3 G& Z3 c+ v5 T& B
  7.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')  z7 ~5 |& g2 {0 [. O
  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。
, F2 b3 O/ k4 U* V0 ~' s" t, D! y+ w8 n9 }
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。
8 e3 w" C* q& u, l- Q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。
0 Q3 o6 S  Q) u+ K& B/ [) O4 f' s  x4 t) U7 A( W* m, T

7 t! {1 C' t+ P8 V8 t& A  [
$ {4 p+ U3 O, f

09.least_square_fitting.py

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