scipy 如何在线性回归中强制零截距?

0s0u357o  于 2022-11-09  发布在  其他
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我有一些或多或少的线性数据的形式:

x = [0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 20.0, 40.0, 60.0, 80.0]
y = [0.50505332505407008, 1.1207373784533172, 2.1981844719020001, 3.1746209003398689, 4.2905482471260044, 6.2816226678076958, 11.073788414382639, 23.248479770546009, 32.120462301367183, 44.036117671229206, 54.009003143831116, 102.7077685684846, 185.72880217806673, 256.12183145545811, 301.97120103079675]

我使用scipy.optimize.leastsq来拟合一个线性回归:

def lin_fit(x, y):
    '''Fits a linear fit of the form mx+b to the data'''
    fitfunc = lambda params, x: params[0] * x + params[1]    #create fitting function of form mx+b
    errfunc = lambda p, x, y: fitfunc(p, x) - y              #create error function for least squares fit

    init_a = 0.5                            #find initial value for a (gradient)
    init_b = min(y)                         #find initial value for b (y axis intersection)
    init_p = numpy.array((init_a, init_b))  #bundle initial values in initial parameters

    #calculate best fitting parameters (i.e. m and b) using the error function
    p1, success = scipy.optimize.leastsq(errfunc, init_p.copy(), args = (x, y))
    f = fitfunc(p1, x)          #create a fit with those parameters
    return p1, f

而且它工作得很漂亮(虽然我不确定scipy.optimize在这里使用是否正确,但它可能有点过了头?)。
然而,由于数据点的位置,它没有给予我一个y轴截距在0。我知道,虽然它必须是零,在这种情况下,if x = 0 than y = 0
我能不能强迫你?

vsaztqbk

vsaztqbk1#

正如@AbhranilDas提到的,只需要使用线性方法,不需要像scipy.optimize.lstsq这样的非线性求解器。
通常,您会使用numpy.polyfit来拟合数据线,但在本例中,您需要直接使用numpy.linalg.lstsq,因为您希望将截距设置为零。
举个简单的例子:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x = np.array([0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 
              20.0, 40.0, 60.0, 80.0])

y = np.array([0.50505332505407008, 1.1207373784533172, 2.1981844719020001,
              3.1746209003398689, 4.2905482471260044, 6.2816226678076958,
              11.073788414382639, 23.248479770546009, 32.120462301367183, 
              44.036117671229206, 54.009003143831116, 102.7077685684846, 
              185.72880217806673, 256.12183145545811, 301.97120103079675])

# Our model is y = a * x, so things are quite simple, in this case...

# x needs to be a column vector instead of a 1D vector for this, however.

x = x[:,np.newaxis]
a, _, _, _ = np.linalg.lstsq(x, y)

plt.plot(x, y, 'bo')
plt.plot(x, a*x, 'r-')
plt.show()

nle07wnf

nle07wnf2#

我并不擅长这些模块,但我在统计学方面有一些经验,所以我看到的是这样的。

fitfunc = lambda params, x: params[0] * x + params[1]

至:

fitfunc = lambda params, x: params[0] * x

同时删除行:

init_b = min(y)

并将下一行更改为:

init_p = numpy.array((init_a))

这将去掉产生y轴截距的第二个参数,并将拟合线通过原点。在代码的其余部分,可能需要做一些小的修改。
但是,我不确定如果像这样去掉第二个参数,这个模块是否能正常工作。这取决于模块的内部工作方式,它是否能接受这种修改。例如,我不知道参数列表params在哪里被初始化,所以我不知道这样做是否会改变它的长度。
顺便说一句,既然你提到了,我实际上认为这是一个有点过火的方法来优化一个斜率。你可以读一点 * 线性回归 ,然后在一些信封后面的演算之后自己写一些小代码来做。这真的很简单和直接。事实上,我刚刚做了一些计算,我猜优化的斜率将只是<xy>/<x^2>。即xy乘积的均值除以x^2的均值。

ql3eal8s

ql3eal8s3#

Python 3.11开始,我们可以直接使用标准库执行截距强制为0的linear_regression

from statistics import linear_regression

# x = [0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0, 20.0, 40.0, 60.0, 80.0]

# y = [0.50505332505407008, 1.1207373784533172, 2.1981844719020001, 3.1746209003398689, 4.2905482471260044, 6.2816226678076958, 11.073788414382639, 23.248479770546009, 32.120462301367183, 44.036117671229206, 54.009003143831116, 102.7077685684846, 185.72880217806673, 256.12183145545811, 301.97120103079675]

slope, intercept = linear_regression(x, y, proportional=True)

# (4.1090219715758085, 0.0)

将参数proportional设置为True,以指定假定xy成正比(并且数据将拟合到通过原点的直线)。

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