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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。
) ]6 K+ v' I6 c' @4 _2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。
, ~( h' a% b; s& r3.打印出三个多项式对象。
. G2 d5 y8 h  E& `$ ~8 C8 f4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。4 ~5 r/ O" f  E- K$ w" Y5 P
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
( b. Y: M/ V4 e% [- `( d; u' I6 O6.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。$ J; n; f* L0 p0 n5 _& e: C0 K
7.最后,显示图形。  ]. x8 b1 h: O, g8 C% H6 s

* r' i# g) @0 w2 P# ^9 {8 G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。0 O/ r, e& i8 ?$ g% t8 E
当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
' a& e1 U" L1 H% [( a/ }5 r  x) M- t
1.导入所需库:

  1. ; q: y. ~- F5 R- T: F! b
  2.    import matplotlib.pyplot as plt' |; r8 c\" y( }
  3.    import numpy as np! H% O8 @/ v4 o7 K  F
复制代码
2.定义源数据:
  1. \" d4 s; ~: i/ E) r1 M% ~8 V
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])! O; s+ Q/ u( S! Q1 `
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    2 S0 X9 E, |# `' V
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。
* [9 J8 ~; S. J0 ]" V: p* `
# f: m0 Q7 G! }4 l0 ]7 |3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    3 m\" {, t  B6 Q) X3 C: E\" K
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)
    . O$ z; ], |8 f$ P
  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。
7 B3 m- t8 o$ B9 o$ _  A# R
! k( y( Q3 [, S( |4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1). p2 K6 j  {4 E; A
  2.    p2 = np.poly1d(z2)+ Q& b9 X0 I7 p+ L
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    * R, e; W! I: m0 y' n3 n\" M# n
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。. N' z+ ]# C4 E5 W& `$ \1 g- ^
! B4 g0 y. V8 t
5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    ) l$ Q8 R; W7 c$ E
  2.    print('p2 =\n', p2)& L\" w5 K- d. ^% G% w% Q
  3.    print('p3 =\n', p3)\" H& R$ |7 G7 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。- J3 W4 H; t/ K
2 [- v: w! u' m/ E  {
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) c6 U7 u  l+ E. g) V% K' @5 a# e8 k) W4 D, p
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    9 y8 A( D. C' ~5 r3 ~
  2.    y2 = p2(x1)2 R5 g- _5 \6 [0 {9 R. R6 N0 |\" P
  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。. K" l/ M4 b: G9 V- b  K, Z, a8 i
9 l' U: r) f4 Z$ L5 j0 E
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. # n$ x9 O6 [9 }. V, _# f6 Q+ }
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear')0 s/ z( P1 t\\" u3 R5 S6 @
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')' _% d  S. _9 S1 G+ I
  5.    plt.plot(x1, y3, label='cubic'): A\\" r: Z  H5 I9 A3 j
  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。
5 g* x1 H; r. a2 E3 p$ J0 m0 c# d
& G5 f4 D) U: q% k& L: I9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。' o8 b& B+ Q9 o; [* U/ S
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 W1 k( N$ n$ {- p+ V8 U
$ s% O8 C2 A# X
# a% p' W; j& Z! y( S/ [* [3 q0 T* }; Z

! v. r, s! }. ]

09.least_square_fitting.py

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