Python中使用什么方法实现曲线平滑
Admin 2022-08-20 群英技术资讯 1401 次浏览
关于“Python中使用什么方法实现曲线平滑”的知识有一些人不是很理解,对此小编给大家总结了相关内容,具有一定的参考借鉴价值,而且易于学习与理解,希望能对大家有所帮助,有这个方面学习需要的朋友就继续往下看吧。在编写测试程序的时候,由于数据帧数多的原因,导致生成的曲线图比较难看,如下图:

由于高频某些点的波动导致高频曲线非常难看,因此需要对曲线做平滑处理,让曲线过渡更平滑。对曲线进行平滑处理,这里推荐使用Savitzky-Golay 滤波器,可以在scipy库里直接调用,不需要再定义函数。
Python中 Savitzky-Golay 滤波器调用如下:
tmp_smooth = scipy.signal.savgol_filter(tmp,53,3)
scipy函数解释:
scipy.signal.savgol_filter(x, window_length, polyorder, deriv=0, delta=1.0, axis=-1, mode=‘interp’, cval=0.0)[source]
Apply a Savitzky-Golay filter to an array.
This is a 1-d filter. If x has dimension greater than 1, axis determines the axis along which the filter is applied.
在scipy函数解释中,x为原始数据,即上面代码中的tmp数据。window_length是窗口长度,该值需为正奇整数。polyorder为对窗口内的数据点进行k阶多项式拟合,k的值需要小于window_length。
现在看一下window_length和k这两个值对曲线的影响。
(1) 首先是window_length对曲线的平滑作用,代码如下:
tmp_smooth1 = scipy.signal.savgol_filter(tmp,21,3) tmp_smooth2 = scipy.signal.savgol_filter(tmp,53,3) plt.semilogx(f,tmp*0.5,label = 'mic'+str(num+1)) plt.semilogx(f,tmp_smooth1*0.5,label = 'mic'+str(num+1)+'拟合曲线-21',color = 'red') plt.semilogx(f,tmp_smooth2*0.5,label = 'mic'+str(num+1)+'拟合曲线-53',color = 'green')

可以看到,window_length的值越小,曲线越贴近真实曲线;window_length值越大,平滑效果越厉害。
(2) 再看k值对曲线的影响,代码如下:
tmp_smooth1 = scipy.signal.savgol_filter(tmp,21,3) tmp_smooth2 = scipy.signal.savgol_filter(tmp,53,3) plt.semilogx(f,tmp*0.5,label = 'mic'+str(num+1)) plt.semilogx(f,tmp_smooth1*0.5,label = 'mic'+str(num+1)+'拟合曲线-21',color = 'red') plt.semilogx(f,tmp_smooth2*0.5,label = 'mic'+str(num+1)+'拟合曲线-53',color = 'green')
生成曲线图如下:

可以看到,k值越大,曲线越贴近真实曲线;k值越小,曲线平滑越厉害。另外,当k值较大时,受窗口长度限制,拟合会出现问题,高频曲线会变成直线,如下图所示:

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