将 Pandas DataFrame 传递给 Scipy.optimize.curve_fit

Question

我想知道使用 Scipy 来适应 Pandas DataFrame 列的最佳方法。如果我有一个包含列（A、B、C、D 和 Z_real 的数据 table（Pandas DataFrame） ) 其中 Z 取决于 A、B、C 和 D，我想拟合每个 DataFrame 行（系列）的函数，该函数对 Z (Z_pred) 进行预测。

要拟合的每个函数的签名是

func(series, param_1, param_2...)

其中series是DataFrame每一行对应的Pandas系列。我使用 Pandas 系列，以便不同的功能可以使用不同的列组合。

我尝试使用

将DataFrame传递给scipy.optimize.curve_fit

curve_fit(func, table, table.loc[:, 'Z_real'])

但出于某种原因，每个 func 实例都将整个数据table 作为其第一个参数而不是每行的 Series 传递。我也尝试过将 DataFrame 转换为 Series 对象列表，但这导致我的函数被传递了一个 Numpy 数组（我认为是因为 Scipy 执行了从 Series 列表到 Numpy 数组的转换，而 Numpy 数组不t 保留 Pandas 系列对象）。

Answer 1

您对 curve_fit 的调用不正确。来自 the documentation:

xdata : An M-length sequence or an (k,M)-shaped array for functions with k predictors.

The independent variable where the data is measured.

ydata : M-length sequence

The dependent data — nominally f(xdata, ...)

在这种情况下，您的 自变量 xdata 是 A 到 D 列，即 table[['A', 'B', 'C', 'D']]，以及您的 因变量 ydata 是 table['Z_real'].

还要注意xdata应该是一个(k, M)数组，其中k是预测变量的个数变量（即列）和 M 是观察数（即行）。因此，您应该转置输入数据帧，使其成为 (4, M) 而不是 (M, 4)，即 table[['A', 'B', 'C', 'D']].T .

对 curve_fit 的整个调用可能如下所示：

curve_fit(func, table[['A', 'B', 'C', 'D']].T, table['Z_real'])

这是一个显示多元线性回归的完整示例：

import numpy as np
import pandas as pd
from scipy.optimize import curve_fit

X = np.random.randn(100, 4)     # independent variables
m = np.random.randn(4)          # known coefficients
y = X.dot(m)                    # dependent variable

df = pd.DataFrame(np.hstack((X, y[:, None])),
                  columns=['A', 'B', 'C', 'D', 'Z_real'])

def func(X, *params):
    return np.hstack(params).dot(X)

popt, pcov = curve_fit(func, df[['A', 'B', 'C', 'D']].T, df['Z_real'],
                       p0=np.random.randn(4))

print(np.allclose(popt, m))
# True

将 Pandas DataFrame 传递给 Scipy.optimize.curve_fit

Pass Pandas DataFrame to Scipy.optimize.curve_fit

python

mathematical-optimization

scipy

model-fitting

pandas