使用python编写基于紫外-可见光谱的水质COD检测代码,读取三份excel文件,分别为10mg/L,15mg/L,20mg/L的标准溶液,excel文件中第一列为波长,第二列为透过率,对excel中的数据通过导数法进行预处理,得到一阶导数谱图,并绘制在同一个折线图上,再计算一阶导数谱的排列熵,通过排列熵算法进行特征波长的提取,最后,利用提取的特征波长处的特征值与对应的COD浓度进行PLS建模,得到COD的预测模型

时间: 2023-10-06 16:06:40 浏览: 38
好的,这是一个比较复杂的任务,需要使用多个第三方库来完成。以下是一个简单的示例代码,希望能够帮助你入门。 首先,我们需要导入需要的库: ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.signal import savgol_filter from sklearn.cross_decomposition import PLSRegression ``` 然后,我们可以定义一些常量和函数: ```python # excel文件名 EXCEL_FILENAMES = ['10mg_L.xlsx', '15mg_L.xlsx', '20mg_L.xlsx'] # 特征波长数目 N_FEATURES = 5 def read_excel(filename): """读取excel文件""" df = pd.read_excel(filename, header=None) return df.iloc[:, :2].values def preprocess(X): """对数据进行预处理""" # 对透过率进行平滑处理 X[:, 1] = savgol_filter(X[:, 1], window_length=11, polyorder=2) # 对透过率进行归一化处理 X[:, 1] = (X[:, 1] - np.min(X[:, 1])) / (np.max(X[:, 1]) - np.min(X[:, 1])) # 计算一阶导数 dy = np.diff(X[:, 1]) dx = np.diff(X[:, 0]) dy_dx = dy / dx # 对一阶导数进行平滑处理 dy_dx = savgol_filter(dy_dx, window_length=11, polyorder=2) # 对一阶导数进行归一化处理 dy_dx = (dy_dx - np.min(dy_dx)) / (np.max(dy_dx) - np.min(dy_dx)) return dy_dx def calculate_permutation_entropy(X): """计算排列熵""" def factorial(n): if n == 0: return 1 else: return n * factorial(n - 1) def permutation_entropy(X, m=3, delay=1): n = X.shape[0] permutations = np.zeros((factorial(m), n - (m - 1) * delay)) for i in range(n - (m - 1) * delay): v = X[i:i + m * delay:delay] idx = np.argsort(v) for j, p in enumerate(idx): permutations[j, i] = p counts = np.unique(permutations, axis=1, return_counts=True)[1] probabilities = counts / counts.sum() return -np.sum(probabilities * np.log(probabilities)) return permutation_entropy(X) def extract_features(X, n_features): """提取特征""" fe = np.zeros((X.shape[1],)) for i in range(X.shape[1]): fe[i] = calculate_permutation_entropy(X[:, i].reshape(-1, 1)) idx = np.argsort(fe)[-n_features:] return X[:, idx] def train_pls(X_train, y_train): """训练PLS模型""" pls = PLSRegression(n_components=5) pls.fit(X_train, y_train) return pls ``` 在这里,我们使用了`pandas`库来读取excel文件,并使用`numpy`和`matplotlib`库来对数据进行处理和可视化。我们还使用了`scipy`库中的`savgol_filter`函数来进行平滑处理,使用`sklearn`库中的`PLSRegression`模型来建立预测模型。 接下来,我们可以编写主函数: ```python def main(): # 读取excel文件 Xs = [] ys = [] for filename in EXCEL_FILENAMES: X = read_excel(filename) y = float(filename.split('.')[0].replace('mg_L', '')) Xs.append(X) ys.append(y) # 对数据进行预处理 Xs = [preprocess(X) for X in Xs] # 提取特征 Xs = [extract_features(X, N_FEATURES) for X in Xs] # 拼接数据 X = np.vstack(Xs) y = np.array(ys * N_FEATURES) # 训练PLS模型 pls = train_pls(X, y) # 预测COD浓度 X_test = read_excel('test.xlsx') X_test = preprocess(X_test) X_test = extract_features(X_test, N_FEATURES) y_pred = pls.predict(X_test.reshape(1, -1))[0] print('预测COD浓度为:{:.2f}mg/L'.format(y_pred)) ``` 在这里,我们首先读取三个excel文件,并将它们的数据进行预处理和特征提取。然后,我们将它们拼接成一个大的数据集,并将每个样本的COD浓度作为目标变量。最后,我们使用拼接后的数据训练PLS模型,并使用模型来预测测试数据的COD浓度。 需要注意的是,这里我们假设每个excel文件中的数据都是按照波长递增的顺序排列的。如果实际数据不是这样的,需要先对数据进行排序。另外,这里的特征提取方法只是一种示例,实际应用中可能需要根据具体情况选择合适的特征提取方法。

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