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详解Numpy polyfit(),np.polyfit(多项式拟合)函数的作用与使用方法(图文详解1)

Python Micheal 4周前 (04-23) 24次浏览 已收录 扫描二维码
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详解Numpy polyfit(),np.polyfit(多项式拟合)函数的作用与使用方法(图文详解1)

np.polyfit

详解Numpy polyfit(),np.polyfit(多项式拟合)函数的作用与使用方法(图文详解1)

Numpy 中的 polyfit() 函数用于进行多项式拟合。以下是详细的解决方案、底层原理、步骤和开发流程,以及示例代码。

  1. 作用:
    • polyfit() 函数用于对给定的一组数据点进行多项式拟合,得出一个拟合曲线的系数。
    • 它可以根据输入的自变量和因变量数据,拟合出一条n次多项式曲线,使得曲线与数据点之间的误差最小。
    • 这在数据分析、信号处理和科学计算等领域有广泛应用。
  2. 底层原理:
    • polyfit() 函数内部采用了最小二乘法进行多项式拟合。
    • 最小二乘法是一种常用的曲线拟合方法,它通过最小化数据点与拟合曲线之间的误差平方和来确定最优的拟合系数。
    • Numpy 的 polyfit() 函数实现了这一算法,并返回拟合得到的多项式系数。
  3. 使用步骤:
    1. 导入 Numpy 库:
      import numpy as np
      
    2. 准备输入数据:
      • 自变量数据 x
      • 因变量数据 y
      • 指定拟合多项式的阶数 deg
      • 得到拟合系数 coef调用 polyfit()
      • 函数进行多项式拟合:
      coef = np.polyfit(x, y, deg)
      
    3. 使用得到的系数进行预测或绘图:
      • 使用 poly1d() 函数创建多项式对象
      • 利用多项式对象进行预测或绘图
      poly = np.poly1d(coef)
      predicted_y = poly(x_new)
      
  4. 示例代码:
    import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    
    # 生成测试数据
    x = np.linspace(-10, 10, 50)
    y = 2 * x**3 + 3 * x**2 - 5 * x + 1 + np.random.normal(0, 2, 50)
    
    # 多项式拟合
    deg = 3
    coef = np.polyfit(x, y, deg)
    print("Fitting coefficients:", coef)
    
    # 创建多项式对象并预测
    poly = np.poly1d(coef)
    predicted_y = poly(x)
    
    # 绘制原始数据和拟合曲线
    plt.figure(figsize=(8, 6))
    plt.scatter(x, y, label="Original Data")
    plt.plot(x, predicted_y, color="r", label="Polynomial Fit")
    plt.xlabel("X")
    plt.ylabel("Y")
    plt.title(f"Polynomial Fit of Degree {deg}")
    plt.legend()
    plt.show()
    

这个示例中,我们首先生成了一组测试数据,包含自变量 x 和因变量 y。然后使用 polyfit() 函数对 x 和 y 进行3次多项式拟合,得到拟合系数 coef。接下来,我们利用 poly1d() 函数创建了一个多项式对象,并使用它来预测新的 x 值对应的 y 值。最后,我们绘制了原始数据点和拟合曲线,展示了多项式拟合的结果。

通过这个示例,您可以看到 polyfit() 函数在进行多项式拟合时的使用方法和流程。这在数据分析、机器学习和科学计算中都有广泛应用。

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