一维插值
插值不同于拟合。插值函数经过样本点,拟合函数一般基于最小二乘法尽量靠近所有样本点穿过。常见插值方法有拉格朗日插值法、分段插值法、样条插值法。
拉格朗日插值多项式:当节点数n较大时,拉格朗日插值多项式的次数较高,可能出现不一致的收敛情况,而且计算复杂。随着样点增加,高次插值会带来误差的震动现象称为龙格现象。
分段插值:虽然收敛,但光滑性较差。
样条插值:样条插值是使用一种名为样条的特殊分段多项式进行插值的形式。由于样条插值可以使用低阶多项式样条实现较小的插值误差,这样就避免了使用高阶多项式所出现的龙格现象,所以样条插值得到了流行。
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#!/usr/bin/env python # -*-coding:utf-8 -*- import numpy as np from scipy import interpolate import pylab as pl x=np.linspace(0,10,11) #x=[ 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.] y=np.sin(x) xnew=np.linspace(0,10,101) pl.plot(x,y,"ro") for kind in ["nearest","zero","slinear","quadratic","cubic"]:#插值方式 #"nearest","zero"为阶梯插值 #slinear 线性插值 #"quadratic","cubic" 为2阶、3阶B样条曲线插值 f=interpolate.interp1d(x,y,kind=kind) # ‘slinear', ‘quadratic' and ‘cubic' refer to a spline interpolation of first, second or third order) ynew=f(xnew) pl.plot(xnew,ynew,label=str(kind)) pl.legend(loc="lower right") pl.show()
结果:
二维插值
方法与一维数据插值类似,为二维样条插值。
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# -*- coding: utf-8 -*- """ 演示二维插值。 """ import numpy as np from scipy import interpolate import pylab as pl import matplotlib as mpl def func(x, y): return (x+y)*np.exp(-5.0*(x**2 + y**2)) # X-Y轴分为15*15的网格 y,x= np.mgrid[-1:1:15j, -1:1:15j] fvals = func(x,y) # 计算每个网格点上的函数值 15*15的值 print len(fvals[0]) #三次样条二维插值 newfunc = interpolate.interp2d(x, y, fvals, kind='cubic') # 计算100*100的网格上的插值 xnew = np.linspace(-1,1,100)#x ynew = np.linspace(-1,1,100)#y fnew = newfunc(xnew, ynew)#仅仅是y值 100*100的值 # 绘图 # 为了更明显地比较插值前后的区别,使用关键字参数interpolation='nearest' # 关闭imshow()内置的插值运算。 pl.subplot(121) im1=pl.imshow(fvals, extent=[-1,1,-1,1], cmap=mpl.cm.hot, interpolation='nearest', origin="lower")#pl.cm.jet #extent=[-1,1,-1,1]为x,y范围 favals为 pl.colorbar(im1) pl.subplot(122) im2=pl.imshow(fnew, extent=[-1,1,-1,1], cmap=mpl.cm.hot, interpolation='nearest', origin="lower") pl.colorbar(im2) pl.show()
左图为原始数据,右图为二维插值结果图。
二维插值的三维展示方法
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# -*- coding: utf-8 -*- """ 演示二维插值。 """ # -*- coding: utf-8 -*- import numpy as np from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D import matplotlib as mpl from scipy import interpolate import matplotlib.cm as cm import matplotlib.pyplot as plt def func(x, y): return (x+y)*np.exp(-5.0*(x**2 + y**2)) # X-Y轴分为20*20的网格 x = np.linspace(-1, 1, 20) y = np.linspace(-1,1,20) x, y = np.meshgrid(x, y)#20*20的网格数据 fvals = func(x,y) # 计算每个网格点上的函数值 15*15的值 fig = plt.figure(figsize=(9, 6)) #Draw sub-graph1 ax=plt.subplot(1, 2, 1,projection = '3d') surf = ax.plot_surface(x, y, fvals, rstride=2, cstride=2, cmap=cm.coolwarm,linewidth=0.5, antialiased=True) ax.set_xlabel('x') ax.set_ylabel('y') ax.set_zlabel('f(x, y)') plt.colorbar(surf, shrink=0.5, aspect=5)#标注 #二维插值 newfunc = interpolate.interp2d(x, y, fvals, kind='cubic')#newfunc为一个函数 # 计算100*100的网格上的插值 xnew = np.linspace(-1,1,100)#x ynew = np.linspace(-1,1,100)#y fnew = newfunc(xnew, ynew)#仅仅是y值 100*100的值 np.shape(fnew) is 100*100 xnew, ynew = np.meshgrid(xnew, ynew) ax2=plt.subplot(1, 2, 2,projection = '3d') surf2 = ax2.plot_surface(xnew, ynew, fnew, rstride=2, cstride=2, cmap=cm.coolwarm,linewidth=0.5, antialiased=True) ax2.set_xlabel('xnew') ax2.set_ylabel('ynew') ax2.set_zlabel('fnew(x, y)') plt.colorbar(surf2, shrink=0.5, aspect=5)#标注 plt.show()
左图的二维数据集的函数值由于样本较少,会显得粗糙。而右图对二维样本数据进行三次样条插值,拟合得到更多数据点的样本值,绘图后图像明显光滑多了。
补充知识:python中对Dataframe二维查表插值的实现方法
今天在计算风力发电机捕捉风能功率的时候,需要对叶片扫略面积内的风能做个功率效率折减,即Cp系数,Cp的定义如下,即实际利用的风能与输入风能的比例
输入风能是空气密度与风速的函数,可以直接计算:
那么实际得到的能力是Pin与Cp的乘积。
Cp通常是一个二维表,横坐标是TSR(叶尖速与风速的比值),纵坐标是PITCH Angle(桨叶角)。风机的运行数据中是包含风速 ,转速以及桨叶角信息的,并且通过直接读入到DataFrame,那么就需要根据TSR与PA对Cp查表并且插值得到Cp。主要用到scipy.interpolate.interp2d创建插值函数并查表,另外Dataframe不能直接用插值函数,这里做了个for循环分行插值查表。
from scipy.interpolate import interp2d df_rotormap = pd.read_csv('filepath',header = None) #读取Cp表 x = np.array(df_rotormap.iloc[:,0].dropna()) #Cp表的X坐标是TSR y = np.array(df_rotormap.iloc[:,1]) #Cp表的Y坐标是pitch angle z = np.array(df_rotormap.iloc[:,2:]) #Cp表的具体值,y行x列 rho = 1.225 #kg/m3 s = (141/2)**2*np.pi #m2 df_cal['TSR'] = df_cal['发电机转速(PDM1)']/148*141*np.pi/60/df_cal['风速'] func_new = interp2d(x,y,z,kind = 'linear') #定义二维表插值函数,选择线性插值 cp_list = [] for i in range(df_cal.shape[0]): cp = float(func_new(df_cal['TSR'][i],df_cal['1号桨叶角度'][i])) #输入X,Y坐标, 输出插值计算的Cp cp_list.append(cp) df_cal['cp'] = cp_list #把Cp放回到Dataframe中去 df_cal['air_power'] = 0.5*rho*s*df_cal['风速']**3*df_cal['cp']
以上这篇python 一维二维插值实例就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。
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稳了!魔兽国服回归的3条重磅消息!官宣时间再确认!
昨天有一位朋友在大神群里分享,自己亚服账号被封号之后居然弹出了国服的封号信息对话框。
这里面让他访问的是一个国服的战网网址,com.cn和后面的zh都非常明白地表明这就是国服战网。
而他在复制这个网址并且进行登录之后,确实是网易的网址,也就是我们熟悉的停服之后国服发布的暴雪游戏产品运营到期开放退款的说明。这是一件比较奇怪的事情,因为以前都没有出现这样的情况,现在突然提示跳转到国服战网的网址,是不是说明了简体中文客户端已经开始进行更新了呢?
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