【问题标题】:How can I fit a nonlinear line in R?如何在 R 中拟合非线性线?
【发布时间】:2017-06-08 07:33:35
【问题描述】:

我是 R 新手,无法找到这个(看似)简单问题的答案。我已经搜索了几天,并且确实阅读了几篇论文和帮助页面。

我已经能够画出一条线(红色)。

我想绘制另一条适合后点的线。我希望这条线看起来像这张图片中的黑线(Křivan 和 Priyadarshi,2015 年)。

但是,我无法绘制这条线。

我尝试使用以下代码拟合直线,但图表上没有显示任何内容:

我想通过的值:

Prey_isocline_x     <- c(8.2, 7.15, 7.65, 10.6, 7.947368421, 5.35,
                         6, 8.2, 7.473684211, 1.5, 1.3, 0.95, 1.85,
                         1.15, 0.6, 2.7, 1.3, 0.25, 0.25, 6.263157895,
                         4, 0.3, 5.1, 4.15, 1.15, 1.6, 1.6, 1.55)
Prey_isocline_y     <- c(0.45, 0.3, 0.2, 0.2, 0.105263158, 0.8, 0.5,
                         0.15, 0.052631579, 0.642857143, 1, 1, 1.15,
                         0.7, 0.55, 0.35, 0.8, 1.15, 1.55, 0.578947368,
                         0.5, 2.55, 0.15, 0.25, 0.45, 2.45, 2.45, 1.3)
Prey_isocline       <- data.frame(Prey_isocline_x, Prey_isocline_y)

Predator_isocline_x <- c(0.25, 0.15, 0.3, 0.7, 0.25, 0.25, 0.05, 0.5, 0.45,
                         0.5, 0.5, 0.15, 0.6, 1.4, 0.85, 0.15, 0.15, 0.6)
Predator_isocline_y <- c(2.35, 2.9, 3.6, 3.6, 2.35, 4.45, 1.45, 1.7, 1.65, 
                         1.7, 2.9, 1.8, 1.9, 2.35, 2.9, 2.8, 2.5, 3.05)
Predator_isocline   <- data.frame(Predator_isocline_x, Predator_isocline_y)

第一次尝试绘图:

plot(Prey_isocline_x, Prey_isocline_y,
        axes = F,
        xlab= "",
        ylab= "",
        pch=1, col="black")
fit <- nls(Prey_isocline_y ~ SSlogis(Prey_isocline_x, Asym, xmid, scal), 
       data=Prey_isocline,
       trace = TRUE)
summary(fit)
curve(predict(fit, newdata = data.frame(Prey_isocline_y=x)), add=TRUE)

输出第一次尝试:

> par(new=T)
> plot(Prey_isocline_x, Prey_isocline_y,
+         axes = F,
+         xlab= "",
+         ylab= "",
+         pch=1, col="black")
> fit <- nls(Prey_isocline_y ~ SSlogis(Prey_isocline_x, Asym, xmid, scal), 
+            data=Prey_isocline,
+            trace = TRUE)
Error in nls(y ~ 1/(1 + exp((xmid - x)/scal)), data = xy, start = list(xmid = aux[1L],  : 
  step factor 0.000488281 reduced below 'minFactor' of 0.000976562
> summary(fit)
Error in summary(fit) : object 'fit' not found
> curve(predict(fit, newdata = data.frame(Prey_isocline_y=x)), add=TRUE)
Error in predict(fit, newdata = data.frame(Prey_isocline_y = x)) : 
  object 'fit' not found

第二次尝试:

model <- loess(formula=Prey_isocline_x~Prey_isocline_y, 
data=Predator_isocline)
abline(model, col="black")

第二次输出:

> model <- loess(formula=Prey_isocline_x~Prey_isocline_y, data=Predator_isocline)
> abline(model, col="black")

第三次尝试:

nls_fit <- nls(Prey_isocline_y ~ (b*Prey_isocline_x) - (b*Prey_isocline_x*Prey_isocline_x/K) -
              (Predator_isocline_y*(Prey_isocline_x^k/(x^k+C^k)*(l*x/(1+l*h*x)))),
               data = Prey_isocline,
               start = list(b = 2.2,
                            e = 1.5,
                            K = 30,
                            k = 20,
                            l = 0.1,
                            h = 0.25,
                            C = 1,
                            m = 1.0))
lines(Prey_isocline_x, predict(nls_fit), col = "green")

第三个输出:

> nls_fit <- nls(Prey_isocline_y ~ (b*Prey_isocline_x) - (b*Prey_isocline_x*Prey_isocline_x/K) -
+               (Predator_isocline_y*(Prey_isocline_x^k/(x^k+C^k)*(l*x/(1+l*h*x)))),
+                data = Prey_isocline,
+                start = list(b = 2.2,
+                             e = 1.5,
+                             K = 30,
+                             k = 20,
+                             l = 0.1,
+                             h = 0.25,
+                             C = 1,
+                             m = 1.0))
Error in nlsModel(formula, mf, start, wts) : 
  singular gradient matrix at initial parameter estimates
In addition: There were 30 warnings (use warnings() to see them)
> lines(Prey_isocline_x, predict(nls_fit), col = "green")
Error in predict(nls_fit) : object 'nls_fit' not found

第四次尝试:

nls_fit <- nls(Prey_isocline_y ~ a + b * Prey_isocline_x^(-c), Prey_isocline,
               start = list(a = 80, b = 20, c = 0.2))
lines(Prey_isocline_x, predict(nls_fit), col = "green")

第四个输出:

> nls_fit <- nls(Prey_isocline_y ~ a + b * Prey_isocline_x^(-c), Prey_isocline,
+                start = list(a = 80, b = 20, c = 0.2))
Error in nls(Prey_isocline_y ~ a + b * Prey_isocline_x^(-c), Prey_isocline,  : 
  step factor 0.000488281 reduced below 'minFactor' of 0.000976562
> lines(Prey_isocline_x, predict(nls_fit), col = "green")
Error in predict(nls_fit) : object 'nls_fit' not found

我完全迷路了,希望有人能帮助我。

【问题讨论】:

  • 我的意思是,通常是你所有的 nls 公式。这样的公式有依据吗?您示例中的 nls 公式均无效...
  • 你是说这个吗? Prey_isocline_y ~ a + b * Prey_isocline_x^(-c) 或这个: (Prey_isocline_y ~ (bPrey_isocline_x) - (bPrey_isocline_xPrey_isocline_x/K) - (Predator_isocline_y*(Prey_isocline_x^k/ (x^k+C^k)*(lx/(1+lhx)))) 第一个是我在互联网上找到的,希望它能起作用。第二个是基于捕食者-猎物模型的微分方程。我认为这个公式会给出最可靠的拟合,但我不知道如何应用它。
  • 如果您认为像捕食者-猎物模型这样的微分方程模型应该适合您的 dara,则需要求解微分方程。可以很容易地找到如何使用 R 拟合捕食者-猎物模型的教程,例如stackoverflow.com/questions/43861974/….
  • 嗨@Roland,感谢您的回复。我已经拟合了我的模型(y 轴上的捕食者和猎物种群和 x 轴上的时间)。现在我想绘制捕食者 - 猎物等倾线。具体来说,我想通过黑点拟合一条线。

标签: r plot non-linear-regression


【解决方案1】:

这是关于如何使用 plot a loess 适合您的观点的部分答案。

# to prevent typing in messy codes, change "X_isocline_x" to "x" & "X_isocline_y" to "y"
names(Prey_isocline) <- c("x", "y")
names(Predator_isocline) <- c("x", "y") 

根据 Prey_isocline 数据生成黄土模型:

model <- loess(y ~ x , Prey_isocline)

为要绘制的黄土线创建一个新的数据框:

new.prey <- data.frame(x=Prey_isocline$x)
new.prey$fit <- predict(model, new.prey)
new.prey <- new.prey[order(new.prey$x),]

根据猎物等倾值绘制黄土线:

with(Prey_isocline, plot(x, y, ylim=c(0,5)))
with(new.prey, lines(x, fit))

为捕食者重复这些步骤

model <- loess(y ~ x , Predator_isocline)
new.prd <- data.frame(x=Predator_isocline$x)
new.prd$fit <- predict(model, new.prd)
new.prd <- new.prd[order(new.prd$x),]

为捕食者和黄土线添加点:

with(Predator_isocline, points(x,y, col="red", pch=16))
with(new.prd, lines(x, fit))

编辑:

如果将两个数据框结合起来,绘图会更容易。

dat <- list(prey=Prey_isocline, predator=Predator_isocline)

#to add type column for each data.frame, indicating "prey" or "predator"
dat.list <- lapply(names(dat), function(x){
                tmp <- dat[[x]]
                tmp$type <- x
                tmp
             })

df <- do.call(rbind, dat.list)

library(ggplot2)
ggplot(df, aes(x,y, colour=type)) + geom_point() + 
   stat_smooth(method="loess", se=FALSE)

【讨论】:

  • 谢谢!这不像 Křivan 和 Priyadarshi 的图表,但我很高兴。
  • @SachaKip 我用 ggplot2 添加了一个替代解决方案。 stat_smooth 函数可以让您快速生成平滑器(loess、gam 或 linear.model),无需手动计算。
  • 感谢您的帮助。捕食者线已经到位(我希望它是垂直的)。
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