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the link of data from dropbox badfitting我尝试使用 curve_fit 来将数据与我在 python 中的预定义函数进行拟合,但结果远非完美。代码很简单,如下所示。我不知道出了什么问题。 由于我是Python新手,是否有其他适合我的情况且具有预定义函数的优化或拟合方法?
提前致谢!
import numpy as np
import math
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.optimize import curve_fit
def func(x, r1, r2, r3,l,c):
w=2*math.pi*x
m=r1+(r2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)+r3/(1+r3*c**2*w**2)
n=(r2**2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)-r3**3*c*w/(1+r3*c**2*w**2)
y= (m**2+n**2)**.5
return y
def readdata(filename):
x = filename.readlines()
x = list(map(lambda s: s.strip(), x))
x = list(map(float, x))
return x
# test data
f_x= open(r'C:\Users\adm\Desktop\simpletry\fre.txt')
xdata = readdata(f_x)
f_y= open(r'C:\Users\adm\Desktop\simpletry\impedance.txt')
ydata = readdata(f_y)
xdata = np.array(xdata)
ydata = np.array(ydata)
plt.semilogx(xdata, ydata, 'b-', label='data')
popt, pcov = curve_fit(func, xdata, ydata, bounds=((0, 0, 0, 0, 0), (np.inf, np.inf, np.inf, np.inf, np.inf)))
plt.semilogx(xdata, func(xdata, *popt), 'r-', label='fitted curve')
print(popt)
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.legend()
plt.show()
正如您所猜到的,这是一个 LCR 电路模型。现在我试图用相同的参数拟合两条曲线,例如
def func1(x, r1, r2, r3,l,c):
w=2*math.pi*x
m=r1+(r2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)+r3/(1+r3*c**2*w**2)
return m
def func2(x, r1, r2, r3,l,c):
w=2*math.pi*x
n=(r2**2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)-r3**3*c*w/(1+r3*c**2*w**2)
return n
是否可以使用curve_fitting来优化参数?
最佳答案
这是我使用 scipy 的 Differential_evolution 遗传算法模块生成 curve_fit 的初始参数估计的结果,以及函数中的简单“砖墙”以确保所有参数均为正值。 Scipy 的差分进化实现使用拉丁超立方算法来确保对参数空间的彻底搜索,这需要搜索范围 - 在本例中,这些范围取自数据的最大值和最小值。我的结果:
均方根误差:7.415
R 平方:0.999995
r1 = 1.16614005e+00
r2 = 2.00000664e+05
r3 = 1.54718886e+01
l = 1.94473531e+04
c = 4.32515535e+05
import numpy, scipy, matplotlib
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.optimize import curve_fit
from scipy.optimize import differential_evolution
import warnings
def func(x, r1, r2, r3,l,c):
# "brick wall" ensuring all parameters are positive
if r1 < 0.0 or r2 < 0.0 or r3 < 0.0 or l < 0.0 or c < 0.0:
return 1.0E10 # large value gives large error, curve_fit hits a brick wall
w=2*numpy.pi*x
m=r1+(r2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)+r3/(1+r3*c**2*w**2)
n=(r2**2*l*w)/(r2**2+l**2*w**2)-r3**3*c*w/(1+r3*c**2*w**2)
y= (m**2+n**2)**.5
return y
def readdata(filename):
x = filename.readlines()
x = list(map(lambda s: s.strip(), x))
x = list(map(float, x))
return x
# test data
f_x= open('/home/zunzun/temp/data/fre.txt')
xData = readdata(f_x)
f_y= open('/home/zunzun/temp/data/impedance.txt')
yData = readdata(f_y)
xData = numpy.array(xData)
yData = numpy.array(yData)
# function for genetic algorithm to minimize (sum of squared error)
def sumOfSquaredError(parameterTuple):
warnings.filterwarnings("ignore") # do not print warnings by genetic algorithm
val = func(xData, *parameterTuple)
return numpy.sum((yData - val) ** 2.0)
def generate_Initial_Parameters():
# min and max used for bounds
maxX = max(xData)
minX = min(xData)
maxY = max(yData)
minY = min(yData)
minBound = min(minX, minY)
maxBound = max(maxX, maxY)
parameterBounds = []
parameterBounds.append([minBound, maxBound]) # search bounds for r1
parameterBounds.append([minBound, maxBound]) # search bounds for r2
parameterBounds.append([minBound, maxBound]) # search bounds for r3
parameterBounds.append([minBound, maxBound]) # search bounds for l
parameterBounds.append([minBound, maxBound]) # search bounds for c
# "seed" the numpy random number generator for repeatable results
result = differential_evolution(sumOfSquaredError, parameterBounds, seed=3)
return result.x
# by default, differential_evolution completes by calling curve_fit() using parameter bounds
geneticParameters = generate_Initial_Parameters()
# now call curve_fit without passing bounds from the genetic algorithm,
# just in case the best fit parameters are aoutside those bounds
fittedParameters, pcov = curve_fit(func, xData, yData, geneticParameters)
print('Fitted parameters:', fittedParameters)
print()
modelPredictions = func(xData, *fittedParameters)
absError = modelPredictions - yData
SE = numpy.square(absError) # squared errors
MSE = numpy.mean(SE) # mean squared errors
RMSE = numpy.sqrt(MSE) # Root Mean Squared Error, RMSE
Rsquared = 1.0 - (numpy.var(absError) / numpy.var(yData))
print()
print('RMSE:', RMSE)
print('R-squared:', Rsquared)
print()
##########################################################
# graphics output section
def ModelAndScatterPlot(graphWidth, graphHeight):
f = plt.figure(figsize=(graphWidth/100.0, graphHeight/100.0), dpi=100)
axes = f.add_subplot(111)
# first the raw data as a scatter plot
plt.semilogx(xData, yData, 'D')
# create data for the fitted equation plot
yModel = func(xData, *fittedParameters)
# now the model as a line plot
plt.semilogx(xData, yModel)
axes.set_xlabel('X Data') # X axis data label
axes.set_ylabel('Y Data') # Y axis data label
plt.show()
plt.close('all') # clean up after using pyplot
graphWidth = 800
graphHeight = 600
ModelAndScatterPlot(graphWidth, graphHeight)
关于python curve_fitting 结果不好,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/53268378/
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