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Python数据拟合实现最小二乘法示例解析

发布日期:2021-12-22 07:59 | 文章来源:CSDN

所谓最小二乘法,即通过对数据进行拟合,使得拟合值与样本值的方差最小。

线性拟合

这个表达式还是非常简单的。

对于有些情况,我们往往选取自然序列作为自变量,这个时候在求自变量的取值时可以用到一些初等数学的推论,对于 x ∈ [ m , n ] 的自然序列来说,有

#文件名core.py
import numpy as np
def leastSquare(x,y):
 if len(x)==2:
 #此时x为自然序列
  sx = 0.5*(x[1]-x[0]+1)*(x[1]+x[0])
  ex = sx/(x[1]-x[0]+1)
  sx2 = ((x[1]*(x[1]+1)*(2*x[1]+1))
  -(x[0]*(x[0]-1)*(2*x[0]-1)))/6
  x = np.array(range(x[0],x[1]+1))
 else:
  sx = sum(x)
  ex = sx/len(x)
  sx2 = sum(x**2) 
 sxy = sum(x*y)
 ey = np.mean(y)
 a = (sxy-ey*sx)/(sx2-ex*sx)
 b = (ey*sx2-sxy*ex)/(sx2-ex*sx)
 return a,b

测试一下

>>> x = np.arange(25)
>>> y = x*15+20+np.random.randn(len(x))*5	#randn生成正态分布噪声
>>> a,b = core.leastSquare(x,y)				
>>> plt.scatter(x,y)#原始数据散点图
<matplotlib.collections.PathCollection object at 0x00000218DEBBEDC8>
>>> plt.plot(x,a*x+b)#拟合直线
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x00000218E0314FC8>]
>>> plt.show()

得到

高阶多项式

和前面一样,约定

代码如下

#传入参数格式为np.array,n为阶数
def leastSquareMulti(x,y,n):
 X = [np.sum(x**i) for i in range(2*n+1)]
 Y = np.array([[np.sum(y*x**i)] for i in range(n+1)])
 S = np.array([X[i:i+n+1] for i in range(n+1)])
 return np.linalg.solve(S,Y)		#

经测试结果如下:

>>> x = np.arange(25)
>>> y = x**3+3*x**2+2*x+12
>>> import core
>>> core.leastSquareMulti(x,y,3)
array([[12.],		#此为常数项
 [ 2.],
 [ 3.],
 [ 1.]])

多自变量

对于样本

则相应地其误差方程组可表示为

指数函数

则其代码为

def expFit(x,y):
 y0 = y[0:-3]
 y1 = y[1:-2]
 y2 = y[2:-1]
 B,C = leastSquare(y2/y0,y1/y0)
 b1 = np.log((B-np.sqrt(B**2+4*C))/2)
 b2 = np.log((B+np.sqrt(B**2+4*C))/2)
 X = np.exp(b1-b2)*x
 Y = y/np.exp(b2*x)
 a1,a2 = leastSquare(X,Y)
 return a1,a2,b1,b2

以上就是Python数据拟合实现最小二乘法示例解析的详细内容,更多关于Python实现最小二乘法的资料请关注本站其它相关文章!

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