如何绘制平滑/圆角/曲线图？ (C#)

Question

我正在测量一些系统性能数据并将其存储在数据库中。根据这些数据点，我随时间绘制折线图。从本质上讲，这些数据点有点嘈杂，即。每个点都至少偏离局部平均值一点点。当从一个点直接绘制到下一个点的折线图时，会产生锯齿状的图形。在大的时间尺度上，如>每像素 10 个数据点，此噪声被压缩为宽锯齿线区域，即 20 像素高，而不是较小比例中的 1 像素。

我读过有关线条平滑、抗锯齿、简化以及所有这些内容的内容。但我发现的一切似乎都与其他事情有关。

我不需要抗锯齿，.NET 在屏幕上绘制线条时已经为我做到了这一点。

我不想要简化。我需要让极端值保持可见，至少是其中的大多数。

我认为它朝着样条曲线的方向发展，但我找不到太多示例图像来评估所描述的东西是否是我想要的。不过，我确实在 Google Books 上找到了一本高度科学的书，里面充满了半页长的公式，我现在不想读它……

举个例子，看看 Linux/Gnome 的系统监视器应用程序。我用平滑线绘制了最近的 CPU/内存/网络使用情况。这可能有点过于简单化，但我会尝试一下，看看是否可以调整它。

我更喜欢 C# 代码，但其他语言的算法或代码也可以，只要我可以将其移植到 C# 而无需外部引用。

Answer 1

您可以进行一些数据平滑。不使用真实数据，而是应用简单的平滑算法来保留峰值，如 Savitzky-Golayfilter。

您可以在此处获取系数。

最简单的方法是：

从我链接到的网站中获取最高系数：

// For np = 5 = 5 data points
var h = 35.0;
var coeff = new float[] { 17, 12, -3 }; // coefficients from the site
var easyCoeff = new float[] {-3, 12, 17, 12, -3}; // Its symmetrical
var center = 2; // = the center of the easyCoeff array

// 现在，对于数据中的每个点，您计算一个平滑点：

smoothed[x] = 
   ((data[x - 2] * easyCoeff[center - 2]) +
    (data[x - 1] * easyCoeff[center - 1]) +
    (data[x - 0] * easyCoeff[center - 0]) +
    (data[x + 1] * easyCoeff[center + 1]) +
    (data[x + 2] * easyCoeff[center + 2])) / h;

使用 5 个点时，您无法平滑前 2 个和最后 2 个点。

如果您希望数据更加“平滑”，您可以尝试使用较大数据点的系数。

现在您可以通过“平滑”数据画一条线。 np = 点数越大，数据就越平滑。但是，您也会失去峰值准确度，但当简单地将一些点平均在一起时，损失的程度不会那么严重。

Answer 2

您无法在图形代码中修复此问题。如果您的数据有噪声，那么无论您使用哪种线平滑算法，图表也会有噪声。您需要先过滤数据。使用从原始数据插值的点创建第二个数据集。最小二乘拟合是一种常用技术。平均法实施起来很简单，但往往会隐藏极端值。

Answer 3

我认为您正在寻找的是提供“样条线”的例程。这是描述样条线的链接：

http://en.wikipedia.org/wiki/Spline_(数学）

如果是这种情况，我对样条库没有任何建议，但最初的谷歌搜索发现了很多。

抱歉没有代码，但希望了解术语会对您的搜索有所帮助。

鲍勃

Answer 4

在显示数据点之前使用 MIN/MAX/AVG 减少数据点的数量。它看起来会更好而且速度会更快

Answer 5

网络流量图通常使用加权平均值。您可以每秒采样一次到长度为 10 的循环列表中，并且对于图形，在每个采样处绘制采样平均值。

如果 10 个不够，您可以存储更多。您也不需要从头开始重新计算平均值：但是

new_average = (old_average*10 - replaced_sample + new_sample)/10

，如果您不想存储所有 10 个平均值，则可以近似如下：

new_average = old_average*9/10 + new_sample/10

许多路由器使用它来节省存储空间。这将呈指数级增长至当前的流量速率。

如果您确实实施了此操作，请执行以下操作：

new_average = old_average*min(9,number_of_samples)/10 + new_sample/10
number_of_samples++

避免初始加速。您还应该调整 9/10、1/10 比率以实际反映每个样本的时间周期，因为您的计时器不会每秒准确触发一次。