在Python中拟合分段函数

Question

我正在尝试将分段定义的函数拟合到Python中的数据集。我已经搜索了很长一段时间，但是无论是否可行，我都没有找到答案。

为了让我对我正在尝试做的事情有印象，请看以下示例（对我而言不起作用）。在这里，我尝试将位移的绝对值函数（f（x）= | xp |）拟合到以p为拟合参数的数据集。

import scipy.optimize as so
import numpy as np

def fitfunc(x,p):
   if x>p:
      return x-p
   else:
      return -(x-p)

fitfunc = np.vectorize(fitfunc) #vectorize so you can use func with array

x=np.arange(1,10)
y=fitfunc(x,6)+0.1*np.random.randn(len(x))

popt, pcov = so.curve_fit(fitfunc, x, y) #fitting routine that gives error

有什么办法可以在Python中完成这项工作吗？

在R中执行此操作的方法是：

# Fit of a absolute value function f(x)=|x-p|

f.lr <- function(x,p) {
    ifelse(x>p, x-p,-(x-p))
}
x <- seq(0,10)  #
y <- f.lr(x,6) + rnorm (length(x),0,2)
plot(y ~ x)
fit.lr <- nls(y ~ f.lr(x,p), start = list(p = 0), trace = T, control = list(warnOnly = T,minFactor = 1/2048))
summary(fit.lr)
coefficients(fit.lr)
p.fit <- coefficients(fit.lr)["p"]
x_fine <- seq(0,10,length.out=1000)
lines(x_fine,f.lr(x_fine,p.fit),type='l',col='red')
lines(x,f.lr(x,6),type='l',col='blue')

经过更多的研究，我找到了一种方法。在这种解决方案中，我不喜欢必须自己定义错误函数这一事实。此外，我不太确定为什么必须采用这种lambda样式。因此，非常欢迎任何建议或更复杂的解决方案。

import scipy.optimize as so
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def fitfunc(p,x): return x - p if x > p else p - x 

def array_fitfunc(p,x):
    y = np.zeros(x.shape)
    for i in range(len(y)):
        y[i]=fitfunc(x[i],p)
    return y

errfunc = lambda p, x, y: array_fitfunc(p, x) - y # Distance to the target function

x=np.arange(1,10)
x_fine=np.arange(1,10,0.1)
y=array_fitfunc(6,x)+1*np.random.randn(len(x)) #data with noise

p1, success = so.leastsq(errfunc, -100, args=(x, y), epsfcn=1.) # -100 is the initial value for p; epsfcn sets the step width

plt.plot(x,y,'o') # fit data
plt.plot(x_fine,array_fitfunc(6,x_fine),'r-') #original function
plt.plot(x_fine,array_fitfunc(p1[0],x_fine),'b-') #fitted version
plt.show()

Answer 1

为了在此完成，我将分享我自己的最终解决方案。为了贴近我的原始问题，您只需要自己定义向量化函数即可，而不必使用np.vectorize。

import scipy.optimize as so
import numpy as np

def fitfunc(x,p):
   if x>p:
      return x-p
   else:
      return -(x-p)

fitfunc_vec = np.vectorize(fitfunc) #vectorize so you can use func with array

def fitfunc_vec_self(x,p):
  y = np.zeros(x.shape)
  for i in range(len(y)):
    y[i]=fitfunc(x[i],p)
  return y


x=np.arange(1,10)
y=fitfunc_vec_self(x,6)+0.1*np.random.randn(len(x))

popt, pcov = so.curve_fit(fitfunc_vec_self, x, y) #fitting routine that gives error
print popt
print pcov

输出：

[ 6.03608994]
[[ 0.00124934]]