Python如何對折線進行平滑曲線處理?


在用python繪圖的時候,經常由於數據的原因導致畫出來的圖折線分界過於明顯,因此需要對原數據繪制的折線進行平滑處理,本文介紹利用插值法進行平滑曲線處理:

實現所需的庫

numpy、scipy、matplotlib

插值法實現

nearest:最鄰近插值法 zero:階梯插值 slinear:線性插值 quadratic、cubic:2、3階B樣條曲線插值

擬合和插值的區別

插值:簡單來說,插值就是根據原有數據進行填充,最后生成的曲線一定過原有點。

擬合:擬合是通過原有數據,調整曲線系數,使得曲線與已知點集的差別(最小二乘)最小,最后生成的曲線不一定經過原有點。

代碼實現

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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy import interpolate
 
#設置距離
x =np.array([ 0 , 1 , 1.5 , 2 , 2.5 , 3 , 3.5 , 4 , 4.5 , 5 , 5.5 , 6 , 6.5 , 70 , 8 , 9 , 10 ])
 
#設置相似度
y =np.array([ 0.8579087793827057 , 0.8079087793827057 , 0.7679087793827057 , 0.679087793827057 ,
     0.5579087793827057 , 0.4579087793827057 , 0.3079087793827057 , 0.3009087793827057 ,
     0.2579087793827057 , 0.2009087793827057 , 0.1999087793827057 , 0.1579087793827057 ,
     0.0099087793827057 , 0.0079087793827057 , 0.0069087793827057 , 0.0019087793827057 ,
     0.0000087793827057 ])
 
#插值法之后的x軸值,表示從 0 10 間距為 0.5 200 個數
xnew =np.arange( 0 , 10 , 0.1 )
 
#實現函數
func = interpolate.interp1d(x,y,kind= 'cubic' )
 
#利用xnew和func函數生成ynew,xnew數量等於ynew數量
ynew = func(xnew)
 
# 原始折線
plt.plot(x, y, "r" , linewidth= 1 )
 
#平滑處理后曲線
plt.plot(xnew,ynew)
#設置x,y軸代表意思
plt.xlabel( "The distance between POI  and user(km)" )
plt.ylabel( "probability" )
#設置標題
plt.title( "The content similarity of different distance" )
#設置x,y軸的坐標范圍
plt.xlim( 0 , 10 , 8 )
plt.ylim( 0 , 1 )
 
plt.show()

繪制后的曲線,紅色是未進行平滑處理的折線,藍色是進行平滑處理之后的曲線 cpc30

注意事項

x, y為原來的數據(少量) xnew為一個數組,條件:x??xnew

如:x的最小值為-2.931,最大值為10.312;則xnew的左邊界要小於-2.931,右邊界要大於10.312。當然也最好注意一下間距,最好小於x中的精度 func為函數,里面的參數x、y、kind,x,y就是原數據的x,y,kind為需要指定的方法 ynew需要通過xnew數組和func函數來生成,理論上xnew數組內的值越多,生成的曲線越平滑


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