[python] 보간법 interpolate 사용하기

보간법. interpolate 

몇 개의 샘플 포인트들로 추정하여 인접한 점들 사이를 다항식 함수로 완만한 곡선으로 이어준 것을 스플라인 곡선이라고 한다.

보간법은 이러한 미싱 포인트(추정)들을 계산/추정하는 방법이다.

간단하게는 linear 방식(1차)이 있고, 2차, 3차, 4차 곡선등으로 확장하면서 보다 다양하게 추정할 수 있다.

위 그림은 파란색 점의 샘플 좌표들만을 가지고, 스플라인 곡선을 만들어 그린 추정 그래프이다.

python에서 scipy 라이브러리의 interpolate를 사용하여 구현하였다.

아래 코드에서 splrep에 별다른 옵션이 없으면 3차 스플라인 곡선으로 추정하게 된다. (k=1(선형보간), k=2, k=3(default), k=4 이런식으로 옵션을 준다. )

[python code]

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Thu May 25 2017
@author: crazyj
"""

# interpolation test

import numpy as np
import scipy.interpolate as ip
from scipy.interpolate import splrep, splev
import matplotlib.pyplot as plt

# 0~10까지 15개로 나누어 점을 찍음.
x0 = np.linspace(0, 10, 15)
print('x0=', x0)
# cosine 값을 계산
y0 = np.cos(x0)

# x, y (샘플)값을 주고 추정하는 스플라인 곡선을 만든다.
spl = splrep(x0, y0)
# 0~10까지 50구간에 대한 모든 점들을 위 스플라인 곡선으로 추정한 y값을 구한다.
x1 = np.linspace(0, 10, 50)
y1 = splev(x1, spl)

# 그린다.
plt.figure(figsize=(16, 5))
plt.subplot(121)
plt.plot(x0, y0, 'o')
plt.plot(x1, y1, 'r')
plt.grid()

# 이번에는 sine 곡선으로 추정해 본다.
plt.subplot(122)
y2=np.sin(x0)
spl2=splrep(x0, y2)
y3=splev(x1, spl2)
plt.plot(x0, y2, 'o')
plt.plot(x1, y3, 'b')
plt.grid()
plt.show()