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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 U' U/ p% t- Z2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。
7 V& E7 n$ ^- d3.打印出三个多项式对象。
2 g: J* T/ L0 b; x: e% p4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。( a! K- j3 P- n& L' X- L  u
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。& c# i3 l' Z. s3 x+ u" j: u
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。
7 N6 g9 o7 S. S- @2 d7 I: \6 r/ m7.最后,显示图形。9 [# e; ^" e0 g& S

; b3 q6 B- l0 b& P0 @$ b  t2 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 N- Z4 O# }- ]: m$ X当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
8 b# i& y8 R" F9 m# m
6 n. d0 j, O& a  b& F1.导入所需库:

  1. % R6 r+ S' _) f/ G% G; \
  2.    import matplotlib.pyplot as plt& V, K\" C! ^% {5 W7 V
  3.    import numpy as np
    ; u0 ~  R( w: |2 D6 V) |
复制代码
2.定义源数据:

  1. ) ^7 b8 q7 N; E1 J/ k1 _+ e
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4]), s; q. l: u$ b$ P1 t# A
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])& r  j% O6 A. p9 F' c) 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。
' |3 D4 q# _0 B0 _5 k2 F
' I# w$ a9 ]. G& D6 U3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    $ ~% c+ W- D+ o% `$ g
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)3 r8 i9 o* k# @3 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。
! i% f. W& b9 E; W0 m5 b" S/ P1 ~, a( W" T
4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)5 ^9 ?& M# |/ w! |
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    0 l$ E+ K2 x: l1 ]6 K% |
  3.    p3 = np.poly1d(z3)0 P* K& C, t; v# ?8 d7 ~3 y0 ^) S\" z
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 D2 ~# ]5 L9 E" m

( Y; X  x6 y1 `! w+ B" I6 t* X5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    8 E) [; a7 ^! c3 T
  2.    print('p2 =\n', p2)! P8 h& {/ a/ @3 F/ e! V
  3.    print('p3 =\n', p3)
    0 o. E, ]: X: _! H
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。$ y( r, I) A2 o5 ^+ x* \- T: P
& U) Q& w6 ]% \9 `: H
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。" z- v& t1 g% c  P* X% k9 {
6 i7 _" v; @2 l$ E, |9 j' t& G
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    5 M* m1 _! y' c
  2.    y2 = p2(x1)! g5 Y6 H7 [8 t+ E- e
  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。" e0 b7 _+ Q  M8 Q$ q! o
0 J' g' X! L9 a! w# k9 C4 n$ g  G. z
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. 3 B3 G7 j3 F; w3 D- U, B9 E4 v
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear'): `\\" P5 l+ v1 B+ H/ B% U; o2 P
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic'): D' R% {# v) S. O
  5.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')' i  c1 \( M& l% H
  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。
0 I8 z/ o% [& ]  `7 U) W9 |9 s- g" R; l$ w& ^  C- s$ {
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。1 q# X1 }) A+ _. r; V. j2 y3 g
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。) T3 z& Y2 m5 ^4 h/ b+ e
0 g1 B  F* U% w0 q
$ O5 s5 n$ g0 j' t: f
% y1 |: L& I6 l1 Y" _

09.least_square_fitting.py

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