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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。
2 \5 Y# C& [! U; a2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。# g+ \( d8 {. b% e! C9 e" q+ \8 x
3.打印出三个多项式对象。/ g8 T! J! R; w4 v& G" h5 Q
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。7 M: s' @& O. W2 I" A" b) P0 V
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
  R+ u8 N, ~* ]6 b6.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。' K% d0 E8 ]$ ~5 Z% J' G/ W
7.最后,显示图形。  ~* Z1 D$ |& O
% S- t, O9 F  h. ~+ c9 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。
5 z9 \- u  Q6 r+ A* d9 H, o当你执行这段代码时,它会进行以下操作:  s/ }# Q7 P0 ]

# E* d& |8 Y( @( a4 V0 W1.导入所需库:

  1. 3 B' ^- D) h; A6 B! F2 t
  2.    import matplotlib.pyplot as plt
    7 _7 b( c* Y8 h! ^' t3 U2 j8 S
  3.    import numpy as np8 j: R* E! q0 b$ ^) U
复制代码
2.定义源数据:
  1. , @1 V0 W* w2 b5 y% Q& X1 }
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])9 i2 c+ U  D* p7 G% u! f& K) [+ t
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26]); ]5 o$ A# V3 S0 Q; C5 O4 }' s! f
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。8 x" u) M( Y/ d) N% n$ j9 T
  d: V. ]' Z, N5 K* k
3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)8 G. n\" d6 G/ m/ Z3 [! a: q
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)$ i9 y: p0 M) p$ X/ O9 R3 [6 M- q
  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。* Q7 b+ H3 C- p

8 ]  B- m: j, ~; L, N  I7 w4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1): B' q% m, K9 |2 g. k
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    - l+ \; b- M. q
  3.    p3 = np.poly1d(z3)5 w- D& R; w: g6 U, V
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。# ~; |; v( R1 _: h6 I$ I% B
* }* a5 d( m; r9 e
5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
      l  v6 m# g$ ^% z\" o8 p, d
  2.    print('p2 =\n', p2)8 P4 M0 ~! K+ B$ ]6 x9 l# ~
  3.    print('p3 =\n', p3)
    8 a1 H6 h3 `+ ?: T. D0 c/ f$ o
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。% B: A- o! u7 [3 g6 }

7 r, `( ~. g- j. _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。* ^8 u. V, ^1 r. V+ |" a
. `( w) R1 T1 p* n/ O! v
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)) ^5 _) e' y: C3 ~8 @5 t
  2.    y2 = p2(x1)/ Z& C% E' N( m6 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。
! }  G8 }& g3 ^3 n& }. ]
% [7 x  t+ M5 q  a' c& o+ a: x8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)$ u+ j9 L5 y& R1 Y! a
  2.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  3. ' |1 g* b: q* C; g8 l. \
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  5. 5 C3 C; B7 J: N5 Y( K$ c! H  o
  6.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')
  7. / l' N$ x0 g; C; U
  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。
1 i3 l$ G1 o8 t, r2 ^/ W8 r+ X8 T: N' A/ R. x1 A/ e" ]* W4 r9 j
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。4 p2 G3 ~2 m/ _& P. ]! y+ H
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。7 |: y0 I$ Q: n1 {
1 ^5 E* b# ?% b; x& a. B
& T7 ?3 T4 ~' F3 T5 D

" o% m' i% Z. Q' T7 @+ L( K

09.least_square_fitting.py

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