Apache Commons Math3学习笔记 - 多项式曲线拟合(转)

Posted 2020-06-17

多项式曲线拟合：org.apache.commons.math3.fitting.PolynomialCurveFitter类。

用法示例代码：

 

[java] view plain copy

 

 

1. // ... 创建并初始化输入数据：  
2. double[] x = new double[...];  
3. double[] y = new double[...];  
4. 将原始的x-y数据序列合成带权重的观察点数据序列：  
5. WeightedObservedPoints points = new WeightedObservedPoints();  
6. // 将x-y数据元素调用points.add(x[i], y[i])加入到观察点序列中  
7. // ...  
8. PolynomialCurveFitter fitter = PolynomialCurveFitter.create(degree);   // degree 指定多项式阶数  
9. double[] result = fitter.fit(points.toList());   // 曲线拟合，结果保存于双精度数组中，由常数项至最高次幂系数排列  

 

首先要准备好待拟合的曲线数据x和y，这是两个double数组，然后把这两个数组合并到WeightedObservedPoints对象实例中，可以调用WeightedObservedPoints.add(x[i], y[i])将x和y序列中的数据逐个添加到观察点序列对象中。随后创建PolynomialCurveFitter对象，创建时要指定拟合多项式的阶数，注意阶数要选择适当，不是越高越好，否则拟合误差会很大。最后调用PolynomialCurveFitter的fit方法即可完成多项式曲线拟合，fit方法的参数通过WeightedObservedPoints.toList()获得。拟合结果通过一个double数组返回，按元素顺序依次是常数项、一次项、二次项、……。

完整的演示代码如下：

 

[java] view plain copy

 

 

1. interface TestCase  
2. {  
3.    public Object run(List<Object> params) throws Exception;  
4.    public List<Object> getParams();  
5.    public void printResult(Object result);  
6. }  
7.   
8. class CalcCurveFitting implements TestCase  
9. {  
10.    public CalcCurveFitting()  
11.    {  
12.       System.out.print("本算例用于计算多项式曲线拟合。正在初始化 计算数据(" + arrayLength + "点, " + degree + "阶)... ...");  
13.       inputDataX = new double[arrayLength];  
14.       //      inputDataX = new double[] {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};  
15.       inputDataY = new double[inputDataX.length];  
16.       double[] factor = new double[degree + 1];    // N阶多项式会有N+1个系数，其中之一为常数项  
17.       for(int index = 0; index < factor.length; index ++)  
18.       {  
19.          factor[index] = index + 1;  
20.       }  
21.       for(int index = 0; index < inputDataY.length; index ++)  
22.       {  
23.          inputDataX[index] = index * 0.00001;  
24.          inputDataY[index] = calcPoly(inputDataX[index], factor);    // y = sum(x[n) * fact[n])  
25.          // System.out.print(inputDataY[index] + ", ");  
26.       }  
27.       points = new WeightedObservedPoints();  
28.       for(int index = 0; index < inputDataX.length; index ++)  
29.       {  
30.          points.add(inputDataX[index], inputDataY[index]);  
31.       }  
32.       System.out.println("初始化完成");  
33.    }  
34.   
35.    @Override  
36.    public List<Object> getParams()  
37.    {  
38.       List<Object> params = new ArrayList<Object>();  
39.       params.add(points);  
40.       return params;  
41.    }  
42.   
43.    @Override  
44.    public Object run(List<Object> params) throws Exception  
45.    {  
46.       PolynomialCurveFitter fitter = PolynomialCurveFitter.create(degree);  
47.       WeightedObservedPoints points = (WeightedObservedPoints)params.get(0);  
48.       double[] result = fitter.fit(points.toList());  
49.       return result;  
50.    }  
51.   
52.    @Override  
53.    public void printResult(Object result)  
54.    {  
55.       for(double data : (double[])result)  
56.       {  
57.          System.out.println(data);  
58.       }  
59.    }  
60.   
61.    private double calcPoly(double x, double[] factor)  
62.    {  
63.       double y = 0;  
64.       for(int deg = 0; deg < factor.length; deg ++)  
65.       {  
66.          y += Math.pow(x, deg) * factor[deg];  
67.       }  
68.   
69.       return y;  
70.    }  
71.   
72.    private double[] inputDataX = null;  
73.    private double[] inputDataY = null;  
74.    private WeightedObservedPoints points = null;  
75.   
76.    private final int arrayLength = 200000;  
77.    private final int degree = 5;    // 阶数  
78.   
79. }  
80.   
81. public class TimeCostCalculator  
82. {  
83.    public TimeCostCalculator()  
84.    {  
85.    }  
86.   
87.    /** 
88.     * 计算指定对象的运行时间开销。 
89.     *  
90.     * @param testCase 指定被测对象。 
91.     * @return 返回sub.run的时间开销，单位为s。 
92.     * @throws Exception 
93.     */  
94.    public double calcTimeCost(TestCase testCase) throws Exception  
95.    {  
96.       List<Object> params = testCase.getParams();  
97.       long startTime = System.nanoTime();  
98.       Object result = testCase.run(params);  
99.       long stopTime = System.nanoTime();  
100.       testCase.printResult(result);  
101.       System.out.println("start: " + startTime + " / stop: " + stopTime);  
102.       double timeCost = (stopTime - startTime) * 1.0e-9;  
103.       return timeCost;  
104.    }  
105.   
106.    public static void main(String[] args) throws Exception  
107.    {  
108.       TimeCostCalculator tcc = new TimeCostCalculator();  
109.       double timeCost;  
110.   
111.       System.out.println("--------------------------------------------------------------------------");  
112.       timeCost = tcc.calcTimeCost(new CalcCurveFitting());  
113.       System.out.println("time cost is: " + timeCost + "s");  
114.       System.out.println("--------------------------------------------------------------------------");  
115.    }  
116.   
117. }  

http://blog.csdn.net/kingfox/article/details/44118319