【发布时间】:2018-04-19 07:35:03
【问题描述】:
所以我试图将一组数据点拟合到这个等式中:
abs(I) = Io(exp((qV)/(nKT)) - 1) --- 肖克利二极管方程
给了我一堆数据点。知道 V 和 I 值后,我需要优化 Io 和 n 值,以使我的数据与给定的数据集非常匹配。
但是,scipy 优化曲线拟合并没有给我想要的值,即 n = ~1.15 和 Io = ~1.8E-13,而是给我 n = 2.12 和 I = 2.11E-11。我怀疑这是因为数据集的值非常小,会影响优化,但即使我将初始猜测设置为 n = 1.15 和 Io = 1.8E-13,优化值也不会改变。
有人对如何解决这个问题有任何提示吗?
import numpy as np
import math
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.optimize import curve_fit
Voltage = np.array([-0.5 , -0.49, -0.48, -0.47, -0.46, -0.45, -0.44, -0.43, -0.42,
-0.41, -0.4 , -0.39, -0.38, -0.37, -0.36, -0.35, -0.34, -0.33,
-0.32, -0.31, -0.3 , -0.29, -0.28, -0.27, -0.26, -0.25, -0.24,
-0.23, -0.22, -0.21, -0.2 , -0.19, -0.18, -0.17, -0.16, -0.15,
-0.14, -0.13, -0.12, -0.11, -0.1 , -0.09, -0.08, -0.07, -0.06,
-0.05, -0.04, -0.03, -0.02, -0.01, 0. , 0.01, 0.02, 0.03,
0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1 , 0.11, 0.12,
0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2 , 0.21,
0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27, 0.28, 0.29, 0.3 ,
0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0.4 ])
Current = np.array([ 6.99000000e-13, 6.83000000e-13, 6.57000000e-13,
6.46000000e-13, 6.19000000e-13, 6.07000000e-13,
5.86000000e-13, 5.73000000e-13, 5.55000000e-13,
5.37000000e-13, 5.27000000e-13, 5.08000000e-13,
4.92000000e-13, 4.75000000e-13, 4.61000000e-13,
4.43000000e-13, 4.32000000e-13, 4.18000000e-13,
3.99000000e-13, 3.91000000e-13, 3.79000000e-13,
3.66000000e-13, 3.54000000e-13, 3.43000000e-13,
3.34000000e-13, 3.18000000e-13, 3.06000000e-13,
2.96000000e-13, 2.86000000e-13, 2.77000000e-13,
2.66000000e-13, 2.59000000e-13, 2.54000000e-13,
2.43000000e-13, 2.33000000e-13, 2.22000000e-13,
2.16000000e-13, 2.07000000e-13, 2.00000000e-13,
1.94000000e-13, 1.85000000e-13, 1.77000000e-13,
1.68000000e-13, 1.58000000e-13, 1.48000000e-13,
1.35000000e-13, 1.21000000e-13, 1.03000000e-13,
7.53000000e-14, 4.32000000e-14, 2.33000000e-15,
6.46000000e-14, 1.57000000e-13, 2.82000000e-13,
4.58000000e-13, 7.07000000e-13, 1.06000000e-12,
1.57000000e-12, 2.28000000e-12, 3.29000000e-12,
4.75000000e-12, 6.80000000e-12, 9.76000000e-12,
1.39000000e-11, 1.82000000e-11, 2.57000000e-11,
3.67000000e-11, 5.21000000e-11, 7.39000000e-11,
1.04000000e-10, 1.62000000e-10, 2.27000000e-10,
3.21000000e-10, 4.48000000e-10, 6.21000000e-10,
8.70000000e-10, 1.20000000e-09, 1.66000000e-09,
2.27000000e-09, 3.08000000e-09, 4.13000000e-09,
5.46000000e-09, 7.05000000e-09, 8.85000000e-09,
1.11000000e-08, 1.39000000e-08, 1.74000000e-08,
2.05000000e-08, 2.28000000e-08, 2.52000000e-08,
2.91000000e-08])
def diode_function(V, n, Io):
kt = 300 * 1.38 * math.pow(10, -23)
q = 1.60 * math.pow(10, -19)
I_final = Io * (np.exp( (q * V) / (n * kt) ) - 1)
return abs(I_final)
p0 = [1.15, 1.8e-13]
popt, pcov = curve_fit(diode_function, Voltage, Current, p0 = p0)
print(popt)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(121)
ax.set_title('I_d vs V_d')
ax.set_xlabel('V_d')
ax.set_ylabel('I_d')
ax.set_yscale('log')
plt.plot(Voltage, Current, 'ko', label="Original Data")
plt.plot(Voltage, diode_function(Voltage, *popt), 'r-', label="Fitted Curve")
plt.legend(loc='best')
ax = fig.add_subplot(122)
ax.set_title('I_d vs V_d')
ax.set_xlabel('V_d')
ax.set_ylabel('I_d')
ax.set_yscale('log')
popt = [1.15,1.8e-13]
plt.plot(Voltage, Current, 'ko', label="Original Data")
plt.plot(Voltage, diode_function(Voltage, *popt), 'r-', label="Fitted Curve")
plt.legend(loc='best')
plt.show()
左图是 scipy 优化,右图是我想要的
【问题讨论】:
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因此,当我删除数据集的最后 15 个值时,它给了我一个更好的拟合。不知道为什么函数认为最后几个值比开始值更重要
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像往常一样,最小二乘拟合值越大,权重越大。这里的最后一个值是较高的值。为了弥补这一点,您可以在拟合中引入权重。但是,我不认为这真的是一个关于编程的问题,并且在这里可能是题外话。
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我的问题是,我将如何使 curve_fit 对较低的值进行加权。我尝试使用
np.log10(Current)将当前数据转换为对数并使用return np.log10(abs(I_final))进行函数,但问题是使用日志时电压中的零值 -
速记:“kt = 300 * 1.38e-23”和“q = 1.60e-19”等科学记数法比使用pow()函数要快
标签: python matplotlib scipy curve-fitting data-fitting