force plot python代码
时间: 2023-06-18 22:05:21 浏览: 66
以下是一个示例的 Python 代码,用于绘制受力图:
```python
import matplotlib.pyplot as plt
# 定义力的大小和角度
forces = [(150, 30), (200, 60), (100, 120)]
# 初始化坐标系
fig, ax = plt.subplots()
# 绘制力的向量
for force in forces:
length, angle = force
x, y = 0, 0
dx = length * np.cos(np.radians(angle))
dy = length * np.sin(np.radians(angle))
ax.arrow(x, y, dx, dy, head_width=10, head_length=10)
# 设置坐标轴范围和标签
ax.set_xlim(-300, 300)
ax.set_ylim(-300, 300)
ax.set_xlabel('x')
ax.set_ylabel('y')
# 显示力的向量图
plt.show()
```
这个代码使用 `matplotlib` 库绘制了三个力的向量图,每个向量都由其大小和角度定义。程序绘制向量的方法是计算向量的起始点和终点,并使用 `ax.arrow` 函数将其绘制为箭头。最后,程序设置坐标轴范围和标签,并使用 `plt.show` 函数显示图形。
相关问题
python构建lightgbm模型,制作force plot代码
构建LightGBM模型可以使用以下代码:
```python
import lightgbm as lgb
from sklearn.datasets import load_boston
from sklearn.model_selection import train_test_split
# 载入数据
data = load_boston()
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(data.data, data.target, test_size=0.2, random_state=42)
# 构建LightGBM模型
params = {
'boosting_type': 'gbdt',
'objective': 'regression',
'metric': {'l2', 'l1'},
'num_leaves': 31,
'learning_rate': 0.05,
'feature_fraction': 0.9,
'bagging_fraction': 0.8,
'bagging_freq': 5,
'verbose': 0
}
lgb_train = lgb.Dataset(X_train, y_train)
lgb_eval = lgb.Dataset(X_test, y_test, reference=lgb_train)
gbm = lgb.train(params,
lgb_train,
num_boost_round=100,
valid_sets=lgb_eval,
early_stopping_rounds=5)
# 预测结果
y_pred = gbm.predict(X_test, num_iteration=gbm.best_iteration)
```
制作Force Plot需要使用shap包,可以使用以下代码实现:
```python
import shap
# 计算SHAP值
explainer = shap.TreeExplainer(gbm)
shap_values = explainer.shap_values(X_test)
# 制作Force Plot
shap.initjs()
shap.force_plot(explainer.expected_value, shap_values[0,:], X_test[0,:])
```
其中,`shap.TreeExplainer()`用于计算SHAP值,`shap_values()`用于计算所有测试数据的SHAP值,`shap.force_plot()`用于制作Force Plot。
人工势场 python 代码
### 回答1:
人工势场是一种路径规划算法,在机器人导航领域中广泛应用。人工势场算法的原理是将机器人当前位置视为受到势场作用的质点,根据“能量最小”的原则,计算机器人在势场中的运动方向和速度。其中,正向势场吸引机器人走向目标位置,反向势场避免机器人碰触障碍物。
以下是一段Python代码,实现了简单的人工势场算法:
```python
import math
class Robot:
def __init__(self, r, pos, speed):
self.r = r # 机器人半径
self.pos = pos # 机器人当前位置
self.speed = speed # 机器人速度向量
def compute_speed(self, target_pos, obstacles_pos):
force = [0, 0] # 力
for obstacle_pos in obstacles_pos:
# 计算反向势场
distance = math.sqrt((self.pos[0]-obstacle_pos[0])**2 + (self.pos[1]-obstacle_pos[1])**2)
if distance < 2*self.r: # 碰撞
force[0] += (self.pos[0]-obstacle_pos[0])*2*self.r/(distance**2)
force[1] += (self.pos[1]-obstacle_pos[1])*2*self.r/(distance**2)
# 计算正向势场
distance = math.sqrt((self.pos[0]-target_pos[0])**2 + (self.pos[1]-target_pos[1])**2)
if distance > 10: # 在距离目标较远时受到吸引力
force[0] += (target_pos[0]-self.pos[0])/distance
force[1] += (target_pos[1]-self.pos[1])/distance
else: # 在距离目标较近时停止运动
force[0] = 0
force[1] = 0
# 根据力计算机器人速度
norm = math.sqrt(force[0]**2 + force[1]**2)
if norm > 0:
self.speed = [force[0]/norm, force[1]/norm]
else:
self.speed = [0, 0]
```
这段代码中,我们定义了一个Robot类,其中包含机器人半径、当前位置和速度向量三个属性,并定义了一个compute_speed方法,用于计算机器人下一步的速度向量。在compute_speed方法中,我们计算了机器人当前受到的正向势场和反向势场,并将二者叠加作为机器人总的势场。根据力学中的第二定律,我们可以根据机器人所受的总的力,计算机器人下一步的速度向量。最后,我们将计算得到的速度向量作为机器人当前的速度向量,并根据该速度向量更新机器人位置。
### 回答2:
人工势场法是一种常见的路径规划算法,可以用于无人机、机器人等自主导航领域。Python语言在机器学习、人工智能等领域有着广泛的应用,下面就介绍一下人工势场法在Python下的实现代码。
1、引入库
```Python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
```
使用numpy库进行矩阵运算,matplotlib库进行图像绘制。
2、定义目标点和障碍物
```Python
gx, gy = 50.0, 50.0 #目标点位置
ox, oy = [30.0, 30.0, 40.0, 40.0], [10.0, 40.0, 10.0, 40.0] #四个障碍物的位置
```
gx、gy为目标点的x、y坐标值,ox、oy分别存储四个障碍物的x、y坐标值。
3、绘制障碍物和目标点
```Python
plt.plot(ox, oy, 'ro', markersize=10)
plt.plot(gx, gy, 'go', markersize=10)
```
绘制障碍物和目标点,障碍物用红色圆点表示,目标点用绿色圆点表示。
4、定义势能函数
```Python
def calc_attractive_potential(x, y, gx, gy):
return 0.5 * k_att * np.hypot(x - gx, y - gy)**2
def calc_repulsive_potential(x, y, ox, oy, k_rep):
U = 0
for i, _ in enumerate(ox):
U += 0.5 * k_rep * ((x - ox[i])**2 + (y - oy[i])**2)**2
return U
```
势能函数分为引力势和斥力势。引力势指向目标点,斥力势来自障碍物,用高斯势能函数表示。k_att、k_rep分别为引力常数和斥力常数,根据实际问题进行设置。
5、定义起点
```Python
sx, sy = 10.0, 10.0 #起点位置
```
设置起点的x、y坐标值。
6、定义算法参数
```Python
k_att = 5.0 #引力常数
k_rep = 100.0 #斥力常数
max_iter = 1000 #最大迭代次数
step_size = 0.1 #步长
```
设置k_att、k_rep的值,max_iter表示最大迭代次数,step_size表示每次移动的步长。
7、算法实现
```Python
rx, ry = [sx], [sy] #轨迹x、y坐标列表
for i in range(max_iter):
#计算当前点势能
pot_total = calc_attractive_potential(rx[-1], ry[-1], gx, gy)
pot_total += calc_repulsive_potential(rx[-1], ry[-1], ox, oy, k_rep)
#计算梯度
gradx, grady = np.gradient(pot_total)
dx, dy = -gradx, -grady
#更新位置
x, y = rx[-1] + step_size * dx, ry[-1] + step_size * dy
#检查是否越界或碰撞障碍物
if x < 0 or x > 100 or y < 0 or y > 100:
break
if calc_repulsive_potential(x, y, ox, oy, k_rep) > 1e5:
break
#将更新后的位置添加到轨迹列表中
rx.append(x)
ry.append(y)
```
根据当前点的位置计算势能和梯度,用梯度更新当前点的位置,检查是否越界或碰撞障碍物,将更新后的位置添加到轨迹列表中。
8、绘制路径
```Python
plt.plot(rx, ry, 'b-')
plt.title('Artificial Potential Field')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.show()
```
绘制轨迹,轨迹用蓝色实线表示,将图像的标题、x坐标轴标签和y坐标轴标签设置好,最后显示图像。