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  • 高斯曲线拟合原理及实现

    转:https://blog.csdn.net/c914620529/article/details/50393238/

    高斯拟合(Gaussian Fitting)即使用形如:

        
              Gi(x)=Ai*exp((x-Bi)^2/Ci^2)

            的高斯函数对数据点集进行函数逼近的拟合方法。

            其实可以跟多项式拟合类比起来,不同的是多项式拟合是用幂函数系,
            而高斯拟合是用高斯函数系。

            使用高斯函数来进行拟合,优点在于计算积分十分简单快捷。这一点
            在很多领域都有应用,特别是计算化学。著名的化学软件Gaussian98
            就是建立在高斯基函数拟合的数学基础上的。

     c#中用math.net 进行矩阵运算  实现方案

    double[,] a = new double[fitDatas.Count, 3];
                            double[] b = new double[fitDatas.Count];
                            double[] X = new double[3] { 0, 0, 0 };
                            for (int i = 0; i < fitDatas.Count; i++)
                            {
                                b[i] = Math.Log(fitDatas[i].Intensity);
                                a[i, 0] = 1;
                                a[i, 1] = fitDatas[i].WaveLength;
                                a[i, 2] = a[i, 1] * a[i, 1];
                            }
                            // Matrix.Equation(datas.Count, 3, a, b, X);
                            MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix matrixA = new MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix(a);
                            MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix matrixB = new MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix(b, b.Length);
                            MathNet.Numerics.LinearAlgebra.Matrix matrixC = matrixA.Solve(matrixB);
                            X = matrixC.GetColumnVector(0);
                            double S = -1 / X[2];
                            double xMax = X[1] * S / 2.0;
                            double yMax = Math.Exp(X[0] + xMax * xMax / S);

    运用c++实现方案

    #include<iostream.h>
     
    #include<math.h>
     
    #include<stdlib.h>
     
    #include <windows.h>
     
    double f(int n,double x){             //f(n,x)用来返回x的n次方
     
            double y=1.0;
     
            if(n==0)return 1.0;
     
                   else{
     
                   for(int i=0;i<n;i++)y*=x;
     
                   return y;
     
            }
     
    }
     
    int xianxingfangchengzu(double **a,int n,double *b,double *p,double dt)//用高斯列主元法来求解法方程组
     
     {
     
       int i,j,k,l;
     
       double c,t;
     
       for(k=1;k<=n;k++)
     
       {
     
       c=0.0;
     
       for(i=k;i<=n;i++)
     
               if(fabs(a[i-1][k-1])>fabs(c))
     
               {
     
               c=a[i-1][k-1];
     
               l=i;
     
               }if(fabs(c)<=dt)
     
                      return(0);
     
               if(l!=k)
     
               {
     
                      for(j=k;j<=n;j++)
     
                      {
     
                              t=a[k-1][j-1];
     
                              a[k-1][j-1]=a[l-1][j-1];
     
                              a[l-1][j-1]=t;
     
                      }
     
                      t=b[k-1];
     
                      b[k-1]=b[l-1];
     
                      b[l-1]=t;
     
               }
     
                      c=1/c;
     
                      for(j=k+1;j<=n;j++)
     
                      {
     
                              a[k-1][j-1]=a[k-1][j-1]*c;
     
                              for(i=k+1;i<=n;i++)
     
                                      a[i-1][j-1]-=a[i-1][k-1]*a[k-1][j-1];
     
                      }
     
                      b[k-1]*=c;
     
                       for(i=k+1;i<=n;i++)
     
                                   b[i-1]-=b[k-1]*a[i-1][k-1];
     
               }
     
               for(i=n;i>=1;i--)
     
                      for(j=i+1;j<=n;j++)
     
                              b[i-1]-=b[j-1]*a[i-1][j-1];
     
                      
     
       cout.precision(12);
     
       for(i=0;i<n;i++)p[i]=b[i];
     
    }
     
    double** create(int a,int b)//动态生成数组
     
    {
     
            double **P=new double *[a];
     
            for(int i=0;i<b;i++)
     
                   P[i]=new double[b];
     
            return P;
     
    }
     
     
     
    void zuixiaoerchengnihe(double x[],double y[],int n,double a[],int m)
     
    {
     
            int i,j,k,l;
     
            double **A,*B;
     
            A=create(m,m);
     
            B=new double[m];
     
            for(i=0;i<m;i++)
     
                   for(j=0;j<m;j++)A[i][j]=0.0;
     
                   for(k=0;k<m;k++)
     
                           for(l=0;l<m;l++)
     
                                   for(j=0;j<n;j++)A[k][l]+=f(k,x[j])*f(l,x[j]);//计算法方程组系数矩阵A[k][l]
     
            cout<<"法方程组的系数矩阵为:"<<endl;
     
            for(i=0;i<m;i++)
     
                   for(j=0,k=1;j<m;j++,k++){
     
                           cout<<A[i][j]<<'	';
     
                           if(k&&k%m==0)cout<<endl;
     
                   }
     
        for(i=0;i<m;i++)B[i]=0.0;
     
            for(i=0;i<m;i++)
     
            for(j=0;j<n;j++)B[i]+=y[j]*f(i,x[j]);
     
            for(i=0;i<m;i++)cout<<"B["<<i<<"]="<<B[i]<<endl;//记录B[n]
     
            xianxingfangchengzu(A,m,B,a,1e-6);
     
            delete[]A;
     
            delete B;
     
    }
     
    double pingfangwucha(double x[],double y[],int n,double a[],int m)//计算最小二乘解的平方误差
     
    {
     
            double deta,q=0.0,r=0.0;
     
            int i,j;
     
            double *B;
     
            B=new double[m];
     
            for(i=0;i<m;i++)B[i]=0.0;
     
            for(i=0;i<m;i++)
     
            for(j=0;j<n;j++)B[i]+=y[j]*f(i,x[j]);
     
            for(i=0;i<n;i++)q+=y[i]*y[i];
     
            for(j=0;j<m;j++)r+=a[j]*B[j];
     
            deta=fabs(q-r);
     
            return deta;
     
            delete B;
     
    }       
     
    void main(void){
     
            int i,n,m;
     
            double *x,*y,*a;
     
            char ch='y';
     
            do{
     
            system("cls");
     
            cout<<"请输入所给拟合数据点的个数n=";
     
            cin>>n;
     
            cout<<"请输入所要拟合多项式的项数m=";
     
            cin>>m;
     
            while(n<=m){
     
               cout<<"你所输入的数据点无法确定拟合项数,请重新输入"<<endl;
     
               Sleep(1000);
     
               system("cls");
     
               cout<<"请输入所给拟合数据点的个数n=";
     
               cin>>n;
     
               cout<<"请输入所要拟合多项式的项数m=";
     
               cin>>m;
     
               }
     
            x=new double[n];                             //存放数据点x
     
            y=new double[n];                             //存放数据点y
     
            a=new double[m];                             //存放拟合多项式的系数
     
            cout<<"请输入所给定的"<<n<<"个数据x"<<endl;
     
            for(i=0;i<n;i++)
     
            {
     
                   cout<<"x["<<i+1<<"]=";
     
                   cin>>x[i];
     
            }
     
            cout<<"请输入所给定的"<<n<<"个数据y"<<endl;
     
            for(i=0;i<n;i++)
     
            {
     
                   cout<<"y["<<i+1<<"]=";
     
                   cin>>y[i];
     
            }
     
            zuixiaoerchengnihe(x,y,n,a,m+1);
     
        cout<<endl;
     
            cout<<"拟合多项式的系数为:"<<endl;
     
            for(i=0;i<=m;i++)cout<<"a["<<i<<"]="<<a[i]<<'	';
     
            cout<<endl;
     
            cout<<"平方误差为:"<<pingfangwucha(x,y,n,a,m+1)<<endl;
     
            delete x;   delete y;
     
            cout<<"按y继续,按其他字符退出"<<endl;
     
            cin>>ch;
     
        }while(ch=='y'||ch=='Y');

     参考资料:https://wenku.baidu.com/view/297f4f5da100a6c30c22590102020740be1ecd09.html

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