Python/Scipy 2D 插值（非均匀数据）

Question

这是我上一篇文章的后续问题：Python/Scipy 插值 (map_coordinates)

假设我想在二维矩形区域上进行插值。我的变量“z”包含如下所示的数据。每列都具有恒定值，但是，数组的每一行可能具有不同的值，如下面的注释所示。

from scipy import interpolate
from numpy import array
import numpy as np
#                                               # 0.0000, 0.1750, 0.8170, 1.0000
z = array([[-2.2818,-2.2818,-0.9309,-0.9309],   # 0.0000, 0.0000, 0.0000, 0.0000
           [-2.2818,-2.2818,-0.9309,-0.9309],   # 0.2620, 0.2784, 0.3379, 0.3526
           [-1.4891,-1.4891,-0.5531,-0.5531],   # 0.6121, 0.6351, 0.7118, 0.7309
           [-1.4891,-1.4891,-0.5531,-0.5531]])  # 1.0000, 1.0000, 1.0000, 1.0000
# Rows, Columns = z.shape

cols = array([0.0000, 0.1750, 0.8170, 1.0000])
rows = array([0.0000, 0.2620, 0.6121, 1.0000])

sp = interpolate.RectBivariateSpline(rows, cols, z, kx=1, ky=1, s=0)

xi = np.array([0.00000, 0.26200, 0.27840, 0.33790, 0.35260, 0.61210, 0.63510,
               0.71180, 0.73090, 1.00000], dtype=np.float)
yi = np.array([0.000, 0.167, 0.815, 1.000], dtype=np.float)
print sp(xi, yi)

作为可视化这一点的另一种方式，我知道的值数组是：

rows = array([0.0000, 0.2620, 0.2784, 0.3379, 0.3526,
                      0.6121, 0.6351, 0.7118, 0.7309, 1.0000])
#          # 0.0000, 0.1750, 0.8170, 1.0000
z = array([[-2.2818,-2.2818,-0.9309,-0.9309],   # 0.0000
           [-2.2818,      ?,      ?,      ?],   # 0.2620,
           [      ?,-2.2818,      ?,      ?],   # 0.2784
           [      ?,      ?,-0.9309,      ?],   # 0.3379
           [      ?      ,?,      ?,-0.9309],   # 0.3526
           [-1.4891,      ?,      ?,      ?],   # 0.6121
           [      ?,-1.4891,      ?,      ?],   # 0.6351
           [      ?,      ?,-0.5531,      ?],   # 0.7118
           [      ?,      ?,      ?,-0.5531],   # 0.7309
           [-1.4891,-1.4891,-0.5531,-0.5531]])  # 1.0000

我不知道“？”值，并且应该对它们进行插值。我尝试用 None 替换它们，但所有结果都得到“nan”。

编辑：

我想我需要使用“griddata”或“interp2”。 griddata 似乎产生了我期望的结果，但 'interp2' 没有。

from scipy import interpolate
from numpy import array
import numpy as np

z = array([[-2.2818,-2.2818,-0.9309,-0.9309],
           [-2.2818,-2.2818,-0.9309,-0.9309],
           [-1.4891,-1.4891,-0.5531,-0.5531],
           [-1.4891,-1.4891,-0.5531,-0.5531]])

rows = array([0.0000, 0.0000, 0.0000, 0.0000,
              0.2620, 0.2784, 0.3379, 0.3526,
              0.6121, 0.6351, 0.7118, 0.7309,
              1.0000, 1.0000, 1.0000, 1.0000])

cols = array([0.0000, 0.1750, 0.8180, 1.0000,
              0.0000, 0.1750, 0.8180, 1.0000,
              0.0000, 0.1750, 0.8180, 1.0000,
              0.0000, 0.1750, 0.8180, 1.0000])

xi = array([0.0000, 0.2620, 0.2784, 0.3379, 0.3526, 0.6121, 0.6351, 0.7118,
               0.7309, 1.0000], dtype=np.float)
yi = array([0.000, 0.175, 0.818, 1.000], dtype=np.float)

GD = interpolate.griddata((rows, cols), z.ravel(),
                          (xi[None,:], yi[:,None]), method='linear')
I2 = interpolate.interp2d(rows, cols, z, kind='linear')

print GD.reshape(4, 10).T
print '\n'
print I2(xi, yi).reshape(4, 10).T

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy.ma as ma

plt.figure()
GD = interpolate.griddata((rows.ravel(), cols.ravel()), z.ravel(),
                          (xi[None,:], yi[:,None]), method='linear')
CS = plt.contour(xi,yi,GD,15,linewidths=0.5,colors='k')
CS = plt.contourf(xi,yi,GD,15,cmap=plt.cm.jet)
plt.colorbar()
plt.scatter(rows,cols,marker='o',c='b',s=5)

plt.figure()
I2 = I2(xi, yi)
CS = plt.contour(xi,yi,I2,15,linewidths=0.5,colors='k')
CS = plt.contourf(xi,yi,I2,15,cmap=plt.cm.jet)
plt.colorbar()
plt.scatter(rows,cols,marker='o',c='b',s=5)
plt.show()

Answer 1

看起来你明白了。

在上面的代码示例和之前的（链接）问题中，您有结构化数据。可以使用 RectBivariateSpline 或 interp2d 进行插值。这意味着您拥有可以在网格上描述的数据（网格上的所有点都有一个已知值）。网格不一定必须具有相同的 dx 和 dy。 （如果所有 dx 和 dy 都相等，则您将拥有一个常规网格）

现在，您当前的问题询问如果并非所有点都已知该怎么办。这称为非结构化数据。您所拥有的只是字段中的点选择。您不一定能够构造所有顶点都具有已知值的矩形。对于这种类型的数据，您可以使用（已有的）griddata 或某种 BivariateSpline。

现在该选择哪个？

与结构化 RectBivariateSpline 最接近的类比是非结构化 BivariateSpline 类：SmoothBivariateSpline 或LSQBivariateSpline。如果您想使用样条线来插值数据，请使用这些。这使您的函数变得平滑且可微分，但您可以获得在 Z.max() 或 Z.min() 之外摆动的表面。

由于您正在设置 ky=1 和 kx=1 并且得到的结果我非常确定只是对结构化数据进行线性插值，所以我我个人只是从 RectBivariateSpline 样条线方案切换到 interp2d 结构化网格插值方案。我知道文档说它适用于 常规网格，但是 __doc__ 中的示例 本身只是结构化的，而不是常规的。

如果您最终要切换，我很好奇您是否发现这些方法之间有任何显着差异。欢迎来到 SciPy。