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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。/ v. O! s2 q% C6 B! w! U
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。
1 ^* y( N# X, a& J1 x3 ]$ f3.打印出三个多项式对象。  r4 Q2 D) k: ?2 l4 I
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。
1 w$ l/ @- {9 |! O6 t/ \# ~5.使用多项式对象计算对应的 y 值。& P1 O; M7 A$ F4 a8 d' B7 r2 W
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。
9 V1 s2 a. f. E6 N0 R  h7.最后,显示图形。* c" @/ P8 m- B% T5 O
9 r) T+ y) H6 W0 j
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 ~& y- c' e; l4 R2 b+ A8 u4 E
当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
, [7 q/ a$ i, _4 E
5 V6 H2 A( c4 U  J$ e1.导入所需库:

  1. \" m- r( O% ?* a; Q7 h
  2.    import matplotlib.pyplot as plt9 o& t* x3 F. D& d; g+ L; ~
  3.    import numpy as np, m$ q; x$ i6 m- K1 k  R$ R
复制代码
2.定义源数据:
  1. * }& F. A\" P( X3 Q/ A
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])# E$ l\" D! _. h2 {& y' T1 S
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    + W% `4 s8 {9 n+ S% G0 m! [
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。( M( [. E, @2 E, Q
/ U3 K0 @1 P: ]& R2 G
3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    4 |0 A\" X7 Y3 F$ p
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)
    ' e! o: y) ]: h' W  V% ]
  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。
3 D0 ^" m  B% N2 }9 x
2 U! f4 H! d. J5 D# o3 m6 w3 ^, O4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)) e4 S9 P( F\" b( j
  2.    p2 = np.poly1d(z2)
    / }5 D% U% K. H( D9 Y: M; h; u  ^
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    9 t/ e1 v4 ]# s
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。
/ c1 ^- X  q* c8 V6 V
4 A  \* d4 A; v; ^/ ?5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1): A$ _2 z  R2 p2 R# A- _6 H2 d
  2.    print('p2 =\n', p2)
    6 N/ f0 N2 u+ u- y2 p' D$ T+ L
  3.    print('p3 =\n', p3)  Q' h' y# k1 k: W' n7 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。. x- |8 b: o( Z1 M
- k5 z+ ~" m( R9 I6 [9 M, _$ a' 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。( o6 ^( y2 k4 n: o
* Z) r2 m/ n" ?( K
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1)
    ) @# a& q& J, I( E6 F% F
  2.    y2 = p2(x1)
    7 p/ Q; X' B\" n4 ^
  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。4 Y% f, M( H' ?3 L) Q
1 ^! s( n0 N7 M5 [; P3 ~9 j- T
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)4 r  p. }& G$ n) V6 F
  2.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  3. 8 [+ k$ k+ ^- [/ `
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')
  5. \\" ?8 F. T: H- K: v  k! T4 D2 {' i
  6.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')+ j1 H6 S* Z/ S( O; Q
  7.    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。
3 t5 Q) [( i: m& q. i
8 `: n; C) U$ x5 @, G) H' f9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。
3 e& x% {) w: f! G9 z: o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。
! F" T8 P0 n# H4 I: r6 @; W. l. M
) R( ?/ r/ X. Q3 @5 V* v; N' x7 w0 N* L) a& G0 t

# i1 M3 I7 Y  K

09.least_square_fitting.py

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