Python數(shù)據(jù)擬合實現(xiàn)最小二乘法示例解析
所謂最小二乘法,即通過對數(shù)據(jù)進行擬合,使得擬合值與樣本值的方差最小。
線性擬合


這個表達式還是非常簡單的。
對于有些情況,我們往往選取自然序列作為自變量,這個時候在求自變量的取值時可以用到一些初等數(shù)學(xué)的推論,對于 x ∈ [ m , n ] 的自然序列來說,有

#文件名core.py
import numpy as np
def leastSquare(x,y):
if len(x)==2:
#此時x為自然序列
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
測試一下
>>> x = np.arange(25) >>> y = x*15+20+np.random.randn(len(x))*5 #randn生成正態(tài)分布噪聲 >>> a,b = core.leastSquare(x,y) >>> plt.scatter(x,y) #原始數(shù)據(jù)散點圖 <matplotlib.collections.PathCollection object at 0x00000218DEBBEDC8> >>> plt.plot(x,a*x+b) #擬合直線 [<matplotlib.lines.Line2D object at 0x00000218E0314FC8>] >>> plt.show()
得到

高階多項式

和前面一樣,約定

代碼如下
#傳入?yún)?shù)格式為np.array,n為階數(shù)
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) #
經(jīng)測試結(jié)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.], #此為常數(shù)項
[ 2.],
[ 3.],
[ 1.]])
多自變量
對于樣本

則相應(yīng)地其誤差方程組可表示為

指數(shù)函數(shù)

則其代碼為
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數(shù)據(jù)擬合實現(xiàn)最小二乘法示例解析的詳細內(nèi)容,更多關(guān)于Python實現(xiàn)最小二乘法的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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