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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。/ G3 r, U6 h* n& P
2.使用 np.poly1d() 函数根据拟合系数创建多项式对象。
! Y% Y3 c# R9 c& h3.打印出三个多项式对象。  Z4 @3 W5 i% c5 J- B
4.生成一组新的 x 值,在指定范围内均匀分布。
8 ~; N1 W$ X% g3 N5.使用多项式对象计算对应的 y 值。: B8 k6 a+ U& U* V, z  p* m7 V$ b
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。& e& O* h7 t" }  i. k
7.最后,显示图形。
. T0 b) C% a  T. k1 k: S
0 W* ^7 D3 e0 E3 y9 R8 N% E3 U- |% m3 [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。
4 d$ ?1 c0 @. j# G6 F! c( G5 T当你执行这段代码时,它会进行以下操作:
+ u0 r' v1 W: M! d/ q0 k7 E  W/ ]! ^4 W/ r3 C( d
1.导入所需库:
  1. / }. q0 ^\" V: c
  2.    import matplotlib.pyplot as plt
    * s  ]0 [\" t7 n7 O' V' W
  3.    import numpy as np
    7 O! g. ~5 i% s+ Q* o
复制代码
2.定义源数据:

  1. % e4 s5 ^, V) U4 |- ^
  2.    x = np.array([1, 2, 3, 4])& f0 v# ]% r3 _
  3.    y = np.array([4, 10, 18, 26])
    $ Y$ G5 D) d- M6 F2 `* O$ f, Z
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。
% @* w8 b+ M5 p6 K" Q! v  z1 Y# }5 D2 M& ^0 d( X2 g
3.多项式拟合:
  1.    z1 = np.polyfit(x, y, 1)
    + g' e0 ~0 y! V& o
  2.    z2 = np.polyfit(x, y, 2)- ~1 f! `! s2 S\" A0 U3 W
  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。
2 B5 D9 s1 T6 X5 C5 C
6 {$ P5 U, t# f! s4.创建多项式对象:
  1.    p1 = np.poly1d(z1)
    * i  ^% \1 B5 f
  2.    p2 = np.poly1d(z2)8 W& |% J& m; N0 q7 Z+ a6 l
  3.    p3 = np.poly1d(z3)
    7 R9 e\" A/ `8 D& Q5 F1 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。
/ x7 s. Z" S# y0 b1 b/ N
  j! z& u7 x5 J7 v5.打印多项式对象:
  1.    print('p1 =\n', p1)( b4 w* d4 e7 B8 o% N; G
  2.    print('p2 =\n', p2)
      N7 d2 t( m' L# s- D7 S
  3.    print('p3 =\n', p3)+ B$ J% d) L7 v. [9 j
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。7 r) ]. N2 Z3 e+ L( r/ J

* D: I( \4 [5 Q2 {# o7 i& K6 ^6 m6.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。6 ?, K7 k/ A: @" M
8 D- u/ |  ]- e. d. j( l
7.计算对应的 y 值:
  1.    y1 = p1(x1), T3 r- n: c! o1 H\" C* |0 \
  2.    y2 = p2(x1)2 K4 r* F8 D, j6 P, 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。
/ m5 V' J/ o4 S6 N. l4 K* M% V( w( n# o9 q
8.绘制图形:
  1.    plt.scatter(x, y)  V1 B( T3 @) D7 Z! {7 Z7 f! K. e
  2.    plt.plot(x1, y1, label='linear')
  3. 7 q: i+ k2 L5 D2 `\\" `) R
  4.    plt.plot(x1, y2, label='quadratic')5 u5 K  i0 l- T8 Q, R3 P2 {- }
  5.    plt.plot(x1, y3, label='cubic')* o& d1 X, Q4 B5 [/ i- c0 u
  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。
4 k9 F6 P' k# ~2 D" T5 W+ c6 }# a; H1 ~0 e
9.显示图形:
  1.    plt.show()
复制代码
最后,显示绘制的图形。" t1 a; ?; _! o* D9 ^( 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 u& Y5 Q. y- c; `, Y% k  e) k5 P* k; `- b- i% o6 V

  j: j3 M: `8 L; E4 n
2 ^7 U! O! j% O* M0 _1 J

09.least_square_fitting.py

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