根据给定的函数在某些点的取值获取函数

假设我有一个假设的函数,我想近似它:

def f(x):    return a * x ** 2 + b * x + c

其中 abc 是未知的数值。

我有一些已知函数输出的点,例如:

x = [-1, 2, 5, 100]y = [123, 456, 789, 1255]

(实际上还有更多值)

我想在最小化平方误差的同时获得 abc 的值(另外还要得到那个平方误差)。

在 Python 中如何实现这个目标?

应该有现成的解决方案在 scipynumpy 或其他类似的库中。


回答:

由于你要拟合的函数是一个多项式,你可以使用 numpy.polyfit

>>> numpy.polyfit(x, y, 2) # 2 表示二次多项式array([  -1.04978546,  115.16698544,  236.16191491])

这意味着最佳拟合结果是 y ~ -1.05 x2 + 115.157x + 236.16

对于一般函数,你了解的越多(例如,是否是凸函数,是否可微,是否二次可微等),你就能更好地使用 scipy.optimize.minimize。例如,如果你几乎不了解函数的特性,你可以指定使用 Nelder-Mead 方法。其他方法(请参阅文档)可以利用雅可比矩阵和海森矩阵,如果它们被定义,并且你能计算它们的话。

就我个人而言,我发现使用 Nelder-Mead 方法(几乎不需要参数)可以满足我的需求,得到足够好的结果。


示例

假设你试图拟合 y = kx,其中 k 是要优化的参数。你可以编写一个函数

x = ...y = ...def ss(k):    # 使用 numpy.linalg.norm 计算 y 和 kx 之间的平方和误差

然后你可以对函数 ss 使用 scipy.optimize.minimize

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