python插值(scipy.interpolate模块的griddata和Rbf)

python插值(scipy.interpolate模块的griddata和Rbf)1.插值scipy.interpolateSciPy的interpolate模块提供了许多对数据进行插值运算的函数,范围涵盖简单的一维插值到复杂多维插值求解。一维插值:当样本数据变化归因于一个独立的变量时;多维插值:反之样本数据归因于多个独立变量时。注:一维插值这里就不再讲述了,主要是对二维插值的一个总结。2.interp2d()fromscipy.interpolateimportinterp2dinterp2d(x,y,z,kind=’linear’)这里有几个注意事项:

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

1.插值scipy.interpolate

SciPy的interpolate模块提供了许多对数据进行插值运算的函数,范围涵盖简单的一维插值到复杂多维插值求解。

  1. 一维插值:当样本数据变化归因于一个独立的变量时;
  2. 多维插值:反之样本数据归因于多个独立变量时。

注:一维插值这里就不再讲述了,主要是对二维插值的一个总结。

2.interp2d()

from scipy.interpolate import interp2d
interp2d(x,y,z,kind='linear')

这里有几个注意事项:

  1. interp2d()中,输入的x,y,z先用ravel()被转成了一维数组
  2. func()的输入必须是一维的,输出是二维的(有点奇怪,感觉完成度不高)
  3. 插值的源数据必须是等距网格。不然的haul,运行不保存但结果不对。

3.Rbf()

Rbf的优点是,排列可以无序,可以不是等距的网格。

  1. 随机生成点,并计算函数值
  2. 插值(输入输出都是二维)
from scipy.interpolate import Rbf
func = Rbf(x, y, z, function='linear')  # 插值
z_new = func(x1, y1)
x,y,z实际的数据,都是一维数组
function为插值方法,有‘linear’,‘cubic’等
x1,y1为网格数据,z_new为插值后的数据,都是二维的

由于我们必须将 2d 点作为形状为 (N, 2) 的数组传递,因此我们必须展平输入网格并堆叠两个展平的阵列。 构造的插值器也需要这种格式的查询点,结果将是一个形状为 (N,) 的一维数组,我们必须重新整形以匹配我们的二维网格以进行绘图。 由于 Rbf 不对输入点的维数做任何假设,因此它支持插值的任意维数。
所以,scipy.interpolate.Rbf

  1. 即使对于疯狂的输入数据也能产生良好的输出
  2. 支持更高维度的插值
  3. 在输入点的凸包外外推(当然外推总是一场赌博,您通常根本不应该依赖它)
  4. 创建一个插值器作为第一步,因此在不同的输出点对其进行评估会减少额外的工作量
  5. 可以有任意形状的输出点数组(与被限制为矩形网格相反,见下文)
  6. 更有可能保持输入数据的对称性
  7. 支持关键字核的多种径向函数:multiquadric、inverse_multiquadric、inverse_quadratic、gaussian、linear、cubic、quintic、thin_plate_spline(默认)。从 SciPy 1.7.0 开始,由于技术原因,该类不允许传递自定义可调用项,但这可能会在未来版本中添加。
  8. 可以通过增加平滑参数给出不精确的插值

4. griddata()

from scipy.interpolate import griddata
griddata(points,values,xi,method =‘linear’,fill_value = nan,rescale = False )

参数:

points:数据点坐标。可以是形状(n,D)的数组,也可以是ndim数组的元组。(已知点)
values:浮点或复数的ndarray,形状(n,)的数据值。(已知点对应的值)
xi : 浮点数的二维数组或一维数组的元组,形状(M,D)插值数据的点。(被划分后的网格)
method:‘linear’,‘nearest’,‘cubic’,可选其中的插值方法之一。(插值方式)
{ 
   
nearest 返回最接近插值点的数据点的值。
linear 将输入点设置为n维单纯形,并在每个单形上线性插值。
cubic (1-d) 返回由三次样条确定的值。
cubic (2-d) 返回由分段立方,连续可微(C1)和近似曲率最小化多项式表面确定的值。
}
fill_value : float,可选。用于填充输入点凸包外部的请求点的值。如果未提供,则默认为nan。此选项对“最近”方法无效。

rescale : bool,可选。在执行插值之前,重新缩放指向单位立方体。如果某些输入维度具有不可比较的单位并且相差很多个数量级,则这非常有用。

5.二维插值griddata和Rbf对比

注:不考虑内存,CPU,只针对相当小的数据集,主要考虑插值的质量。

  1. griddata基于提供的点的Delaunay三角部分。然后将数据插值到每个单元(三角形)上。例如,对于2D函数和线性插值,三角形内部的值是经过三个相邻点的平面。
  2. rbf通过为每个提供的点分配一个径向函数来工作。“径向”表示该功能仅取决于到该点的距离。任何点的值都是通过所有提供的点的加权贡献之和得出的。只要定义了距离函数,该方法就不管变量空间的大小都适用。

Rbf 内插的一个缺点是内插 N 个数据点涉及对 N x N 矩阵求逆。 这种二次复杂性非常迅速地破坏了大量数据点的内存需求。 但是,新的 RBFInterpolator 类还支持邻居关键字参数,该参数将每个径向基函数的计算限制为 k 个最近的邻居,从而减少内存需求。

z_dense_smooth_griddata = interp.griddata((x_sparse.ravel(), y_sparse.ravel()),
                                          z_sparse_smooth.ravel(), (x_dense, y_dense), method='cubic')

输出点数组可以指定为任意维度数组的元组(如上述两个片段),这为我们提供了更大的灵活性。
简而言之,scipy.interpolate.griddata

  1. 即使对于疯狂的输入数据也能产生良好的输出
  2. 支持更高维度的插值
  3. 不执行外推,可以为输入点凸包外的输出设置单个值(参见fill_value)
  4. 在单个调用中计算内插值,因此从头开始探测多组输出点
  5. 可以有任意形状的输出点
  6. 支持任意维度的最近邻和线性插值,1d 和 2d 中的三次。最近邻和线性插值分别在引擎盖下使用 NearestNDInterpolator 和 LinearNDInterpolator。 1d 三次插值使用样条,2d 三次插值使用 CloughTocher2DInterpolator 构造一个连续可微的分段三次插值器。
  7. 可能违反输入数据的对称性

6.插值举例

站点数据插值:地图网格插值:

  1. 取经纬度:lon,lat (经纬度数组,n)

  2. 取站点的观测数据集:data  (这个数据维度与站点数量同,即1*n)

  3. 准备两个列表用于构造网格矩阵:
    olon = np.linspace(108,115,97)
    olat = np.linspace(24,31,97)

  4. 构造网格矩阵
    olon,olat = np.meshgrid(olon,olat)

  5. 做插值:(需要到入Rbf函数:from scipy.interpolate import Rbf)
    func = Rbf(lon,lat,data,function=‘linear‘)
    rain_data_new = func(olon,olat)

  6. 或griddata插值
    rain_data_new = griddata((lon,lat), data, (olon,olat), method='linear')

注:由于Rbf插值要求矩阵可逆,所以在经纬度列表时,不能有相同的两行。

参考:
Python+matplotlib+scipy站点数据绘制气象分布图(示例代码)
https://stackoverflow.com/questions/37872171/how-can-i-perform-two-dimensional-interpolation-using-scipy

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-站长,转载请注明出处:https://javaforall.net/141556.html原文链接:https://javaforall.net

赞 (0)
全栈程序员-站长的头像全栈程序员-站长


相关推荐

  • 二维数组a[3][4]_树状数组的算法原理

    二维数组a[3][4]_树状数组的算法原理原题链接堆栈是一种经典的后进先出的线性结构,相关的操作主要有“入栈”(在堆栈顶插入一个元素)和“出栈”(将栈顶元素返回并从堆栈中删除)。本题要求你实现另一个附加的操作:“取中值”——即返回所有堆栈中元素键值的中值。给定 N 个元素,如果 N 是偶数,则中值定义为第 N/2 小元;若是奇数,则为第 (N+1)/2 小元。输入格式:输入的第一行是正整数 N(≤10​5​​ )。随后 N 行,每行给出一句指令,为以下 3 种之一:Push keyPopPeekMedian其中 key 是不超过

    2022年8月8日
  • STM32中的NVIC详解[通俗易懂]

    STM32中的NVIC详解[通俗易懂]转载自https://blog.csdn.net/wuyuzun/article/details/72783152NVIC的全称是Nestedvectoredinterruptcontroller,即嵌套向量中断控制器。对于M3和M4内核的MCU,每个中断的优先级都是用寄存器中的8位来设置的。8位的话就可以设置2^8=256级中断,实际中用不了这么多,所以芯片厂商…

    2022年5月8日
  • mysql数据库报错1146_数据库错误代码1146 – 本地与在线

    mysql数据库报错1146_数据库错误代码1146 – 本地与在线我是这个站点的新手-请温和请:Plocalhost上的mySQL数据库适用于插入语句,但只要将数据库连接更改为服务器连接它给了我错误:错误代码1146:1146没有任何错误描述。可能是什么原因?根据我的错误捕获逻辑,连接一直成功到查询运行的一部分。在本地版本上,它就像一个魅力。有任何想法吗?数据库错误代码1146-本地与在线:::::::::::::::::::::::::::::::::…

    2022年6月1日
  • nginx做正向代理_正向代理和反向代理图

    nginx做正向代理_正向代理和反向代理图环境在一个网络环境中,只有一台服务器可以使用互联网,而其他内网服务器都可以访问到这台互联网服务器,于是,我们可以通过nginx的正向代理访问互联网地址此处举例:互联网服务器IP:192.168.1.100内网服务器IP:192.168.1.101部署安装包:nginx-1.20.2.tar.gzproxy_connect模块:gitclonehttps://github.com/chobits/ngx_http_proxy_connect_module.git操…

    2022年10月21日
  • Apifox(1)比postman更优秀的接口自动化测试平台[通俗易懂]

    Apifox(1)比postman更优秀的接口自动化测试平台[通俗易懂]Apifox介绍Apifox是API文档、API调试、APIMock、API自动化测试一体化协作平台,定位Postman+Swagger+Mock+JMeter。通过一套系

    2022年8月7日
  • pycharm的介绍_为什么不建议学python

    pycharm的介绍_为什么不建议学pythonpycharm使用集成开发环境(IDE,IntegratedDevelopmentEnvironment)VIM#经典的linux下的文本编辑器Emacs#linux文本编辑器,比vim更容易使用Eclipse#JavaIDE,支持python,c,c++VisualStudio#微软开发的IDE,python,c++,ja…

    2022年8月28日

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注全栈程序员社区公众号