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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。7 a8 x; k; V( H
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。
3 Z# a5 m7 E, s/ E0 Y+ J3.打印出三个多项式对象。
$ J9 S& x0 j5 n4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。  s2 f2 p; Y# ~! q: @1 M, f4 l& E
5.使用多项式对象计算对应的 y 值。
% V5 D- f" U& X" Y7 {$ p6.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。3 W# T/ m, `! V# T* E1 a2 ^
7.最后,显示图形。
3 y* t7 H/ i& r6 I: c( S" E* n7 k  z3 M& r% M1 O
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 H! W8 H) B& `+ K! Y( C6 V
当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
* G$ i0 V* D, Q/ G: ~5 p, L& ]5 r& Q1 l; t7 J) i7 d# i! z
1.导入所需库:

  1. ! e+ Y. H: V% l  v3 H% M
  2.    import matplotlib.pyplot as plt
    . ]! F2 i2 o9 C& K
  3.    import numpy as np  @9 a' ?/ H  G; C) i
复制代码
2.定义源数据:

  1. 7 H7 Y) a% t# v1 e7 }
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])
    4 d+ `: v: M* b$ D! Z8 J8 H  L
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    * `* J! G/ @0 h- Y5 ?$ S* X
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。
0 U1 p4 O# A# ]) A2 ~
( E$ U/ _% P. o% [3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    ' P. `' Q\" B8 [8 j  |
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)
    - R/ ^+ d/ v$ Y$ K* b5 E$ e
  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。
% A2 j; v: V% k) Z5 a! K- C8 ?7 W7 Y0 }8 G# }( y" H6 R+ W
4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)& M4 a8 L4 V8 {\" b8 P7 [
  2.    p2 = np.poly1d(z2)- n7 _- k2 a+ K  W7 |1 T; G/ r
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    9 D6 T% i9 a9 H0 b4 z: v: Y
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。
2 y1 @% ], j" {- B0 ]+ [
% O9 t2 ^( g0 J$ W5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)
    \" ?7 ~3 c' j0 B) S: h1 }, V) i/ @
  2.    print('p2 =\n', p2)
    # P7 E1 P/ |7 p
  3.    print('p3 =\n', p3)' K' d5 y  V( K8 O0 a
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。
* Q7 Q" n6 R5 \# V3 x. {
6 p+ R8 v6 a1 P3 S7 _0 {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。
, L# D) k; O; E/ b. l. _- F
* f1 W7 K5 I% j0 [# y& q; d7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    8 @) i% N* n' c, _! f0 Z
  2.    y2 = p2(x1)
    ) c; U! ]8 B) o- L9 }- X8 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。* J! g8 K4 w2 j1 c" j
0 X6 Y3 H9 n; @8 D8 V
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)
  2. % p) A7 [; E* l2 q
  3.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  4. - w' q% d8 {7 j$ c
  5.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  6. 9 x\\" w1 }+ u6 A* R2 t
  7.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')8 Y/ P- T! I$ l4 S6 p
  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。
; b9 z8 U: Q6 J5 s9 t8 P8 w3 Q% x' o$ R6 T  F
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。! B, _, {# h5 g6 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。
5 N% A, o3 Z- F7 y
6 e1 S7 X1 v$ {& s5 Q5 G6 C. |6 u7 K8 w( }  h% A# y9 v: J# i- X1 z

& u* Y) G$ v4 i* Y& _; x- A

09.least_square_fitting.py

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