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我将拟合与 optimize.curve_fit 和 optimize.least_squares 进行比较。使用曲线拟合,我将协方差矩阵 pcov 作为输出,我可以通过以下方式计算拟合变量的标准偏差误差:
perr = np.sqrt(np.diag(pcov))
#import modules
import matplotlib
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.optimize import curve_fit
from scipy.optimize import least_squares
noise = 0.5
N = 100
t = np.linspace(0, 4*np.pi, N)
# generate data
def generate_data(t, freq, amplitude, phase, offset, noise=0, n_outliers=0, random_state=0):
#formula for data generation with noise and outliers
y = np.sin(t * freq + phase) * amplitude + offset
rnd = np.random.RandomState(random_state)
error = noise * rnd.randn(t.size)
outliers = rnd.randint(0, t.size, n_outliers)
error[outliers] *= 10
return y + error
#generate data
data = generate_data(t, 1, 3, 0.001, 0.5, noise, n_outliers=10)
#initial guesses
p0=np.ones(4)
x0=np.ones(4)
# create the function we want to fit
def my_sin(x, freq, amplitude, phase, offset):
return np.sin(x * freq + phase) * amplitude + offset
# create the function we want to fit for least-square
def my_sin_lsq(x, t, y):
# freq=x[0]
# phase=x[1]
# amplitude=x[2]
# offset=x[3]
return (np.sin(t*x[0]+x[2])*x[1]+ x[3]) - y
# now do the fit for curve_fit
fit = curve_fit(my_sin, t, data, p0=p0)
print 'Curve fit output:'+str(fit[0])
#now do the fit for least_square
res_lsq = least_squares(my_sin_lsq, x0, args=(t, data))
print 'Least_squares output:'+str(res_lsq.x)
# we'll use this to plot our first estimate. This might already be good enough for you
data_first_guess = my_sin(t, *p0)
#data_first_guess_lsq = x0[2]*np.sin(t*x0[0]+x0[1])+x0[3]
data_first_guess_lsq = my_sin(t, *x0)
# recreate the fitted curve using the optimized parameters
data_fit = my_sin(t, *fit[0])
data_fit_lsq = my_sin(t, *res_lsq.x)
#calculation of residuals
residuals = data - data_fit
residuals_lsq = data - data_fit_lsq
ss_res = np.sum(residuals**2)
ss_tot = np.sum((data-np.mean(data))**2)
ss_res_lsq = np.sum(residuals_lsq**2)
ss_tot_lsq = np.sum((data-np.mean(data))**2)
#R squared
r_squared = 1 - (ss_res/ss_tot)
r_squared_lsq = 1 - (ss_res_lsq/ss_tot_lsq)
print 'R squared curve_fit is:'+str(r_squared)
print 'R squared least_squares is:'+str(r_squared_lsq)
plt.figure()
plt.plot(t, data)
plt.title('curve_fit')
plt.plot(t, data_first_guess)
plt.plot(t, data_fit)
plt.plot(t, residuals)
plt.figure()
plt.plot(t, data)
plt.title('lsq')
plt.plot(t, data_first_guess_lsq)
plt.plot(t, data_fit_lsq)
plt.plot(t, residuals_lsq)
#error
perr = np.sqrt(np.diag(fit[1]))
print 'The standard deviation errors for curve_fit are:' +str(perr)
最佳答案
optimize.least_squares 的结果内部有一个名为 jac 的参数。来自 documentation :
jac : ndarray, sparse matrix or LinearOperator, shape (m, n)
Modified Jacobian matrix at the solution, in the sense that J^T J is a Gauss-Newton approximation of the Hessian of the cost function. The type is the same as the one used by the algorithm.
J = res_lsq.jac
cov = np.linalg.inv(J.T.dot(J))
var = np.sqrt(np.diagonal(cov))
关于python - 如何使用 scipy.optimize.least_squares 计算标准偏差误差,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/42388139/
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