以图形方式表示迭代密度

Question

大家好，

我在 MATLAB 工作，我正在使用 Monte Carlo 技术来拟合模型。基本上，如果我们假设我的模型是一个简单的函数，例如

y=m*x^2+c

而且我的参数 m 和 c 都在 0.5 到 10 之间变化，我可能会从这样的参数中随机抽取 space 并且每次都获得一个新的 y。如果我绘制我对 y 的所有实现，我会得到类似于下图的内容：

有没有办法表示实现的密度？我的意思是，有没有一种方法（而不是绘制所有实现）来获得某种等高线图，该等高线图位于我的迭代的最小值和最大值之间，其颜色表示落在特定间隔内的实现量？

谢谢大家！

Answer 1

这不是很漂亮，但您可以改变参数并使用 scatter/plotting，使其在视觉上更具吸引力。我还假设一个高斯分布而不是你的随机分布（完全随机着色会给你一个均匀的密度）。此代码还可以针对速度进行优化。

n = 1000;
l = 100;
x = linspace(1, 10, l);
y = repmat(x.^2, n, 1);
c = repmat(normrnd(1, 1, n, 1), 1, l);
m = repmat(normrnd(1, 1, n, 1), 1, l);

y = y.*m + c;
p = plot(y', '.');
figure; hold on;
for i = 1:l
    [N,edges,bin] = histcounts(y(:, i));
    density = N./sum(N);
    c = zeros(n, 3);
    for j = 1:n
        c(j, :) = [1-density(bin(j))/max(density), 1-density(bin(j))/max(density), 1-density(bin(j))/max(density)];
    end
    scatter(ones(n, 1)*x(i),y(:, i),[],c,'filled'); 
end

给予

这将为 x 中的每个位置创建 y 值的直方图，然后计算每个 y 值和点中颜色的概率密度。在这里，每个位置 x 的 y 值都被单独归一化，以根据需要重新归一化的绘图的整体密度为点着色。

Answer 2

您可以为 x 的离散点计算 y，同时为 c 和 m 设置随机值。然后使用 hist 函数，您可以找到给定 x 的 "not-normalized density" 个函数值。然后您可以对其进行归一化以获得值的真实密度，以便分布曲线下的总面积总和为 1.

为了可视化它，您沿着 x 和 y 的值构建了一个网格 [X, Y]，并将密度值设为 Z。现在您可以绘制海浪或其等高线图。

代码如下：

clear;

n = 1000000; %number of simulation steps

%parameter ranges
m_min = 0.5; m_max = 10;
c_min = 0.5; c_max = 10;

%x points
x_min = 1; x_max = 4; x_count = 100;
x = linspace(x_min, x_max, x_count);
x2 = x.^2;

y_min = 0; y_max = m_max*x_max*x_max + c_max; y_step = 1;

m = rand(n, 1)*(m_max - m_min) + m_min;
c = rand(n, 1)*(c_max - c_min) + c_min;

c = repmat(c, 1, x_count);

y = m*x2 + c;

x_step = (x_max- x_min)/(x_count-1);
[X, Y] = meshgrid(x_min:x_step:x_max, y_min-y_step:y_step:y_max+y_step);
Z = zeros(size(X));

bins = y_min:y_step:y_max;

for i=1:x_count

    [n_hist,y_hist] = hist(y(:, i), bins);

    %add zeros on both sides to close the profile
    n_hist = [0 n_hist 0];
    y_hist = [y_min-y_step   y_hist   y_max+y_step];

    %normalization
    S = trapz(y_hist,n_hist); %area under the bow
    n_hist = n_hist/S; %scaling of the bow

    Z(:, i) = n_hist';
end

surf(X, Y, Z, 'EdgeColor','none');
colormap jet;
xlim([x_min x_max]);
ylim([y_min y_max]);
xlabel('X');
ylabel('Y');

figure
contour(X,Y,Z, 20);
colormap jet;
colorbar;
grid on;
title('Density as function of X');
xlabel('X');
ylabel('Y');

另一个有趣的视图是根据 x 值绘制每个部分的图：

这是该图的代码：

clear;

n = 1000000; %number of simulation steps

%parameter ranges
m_min = 0.5; m_max = 10;
c_min = 0.5; c_max = 10;

%x points
x_min = 1; x_max = 4; x_count = 12;
x = linspace(x_min, x_max, x_count);
x2 = x.^2;

m = rand(n, 1)*(m_max - m_min) + m_min;
c = rand(n, 1)*(c_max - c_min) + c_min;

c = repmat(c, 1, x_count);

y = m*x2 + c;

%colors for the plot
colors = ...
[ 0 0 1; 0 1 0; 1 0 0; 0 1 1; 1 0 1; 0 0.75 0.75; 0 0.5 0; 0.75 0.75 0; ...
1 0.50 0.25; 0.75 0 0.75; 0.7 0.7 0.7; 0.8 0.7 0.6; 0.6 0.5 0.4; 1 1 0; 0 0 0 ];

%container for legend entries
legend_list = cell(1, x_count);

for i=1:x_count
    bin_number = 30; %number of histogramm bins
    [n_hist,y_hist] = hist(y(:, i), bin_number);
    n_hist(1) = 0; n_hist(end) = 0; %set first and last values to zero

    %normalization
    S = trapz(y_hist,n_hist); %area under the bow
    n_hist = n_hist/S; %scaling of the bow
    plot(y_hist,n_hist, 'Color', colors(i, :), 'LineWidth', 2);
    hold on;

    legend_list{i} = sprintf('Plot of x = %2.2f', x(i));
end

xlabel('y');
ylabel('pdf(y)');
legend(legend_list);
title('Density depending on x');
grid on;
hold off;

以图形方式表示迭代密度

Graphically represent density of iterations

matlab

contour

density-plot