python 光谱折线图

时间: 2023-10-18 10:30:40 浏览: 104
要绘制光谱折线图,你可以使用Python中的matplotlib库来实现。以下是一个简单的示例代码: ```python import matplotlib.pyplot as plt # 光谱数据 wavelength = [400, 450, 500, 550, 600, 650, 700] # 波长 intensity = [0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 0.7, 0.4, 0.1] # 强度 # 绘制折线图 plt.plot(wavelength, intensity, 'b-') # 使用蓝色实线 plt.xlabel('Wavelength') # x轴标签 plt.ylabel('Intensity') # y轴标签 plt.title('Spectrum') # 图标题 plt.show() # 显示图形 ``` 在这个示例中,我们假设有一组波长和相应的强度数据。我们使用`plt.plot()`函数来绘制折线图,并指定使用蓝色实线。然后使用`plt.xlabel()`和`plt.ylabel()`分别设置x轴和y轴的标签,最后使用`plt.title()`设置图标题。最后使用`plt.show()`显示图形。 你可以根据你的光谱数据进行相应的修改和调整,以满足你的需求。
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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文件中第一列数据为波长,第二列为透过率,对数据进行一阶导数计算,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,通过排列熵值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

好的,这是一个比较复杂的任务,需要用到多个Python库,我会一步一步地为您讲解代码实现过程。在开始之前,请确保已经安装了以下库: - pandas - numpy - matplotlib - scipy - scikit-learn 首先,读取三份excel文件,分别为10mg/L,15mg/L,20mg/L的标准溶液。假设这三份文件分别为"10mg.xlsx","15mg.xlsx"和"20mg.xlsx",并且这三个文件都有两列数据,第一列为波长,第二列为透过率。 ```python import pandas as pd # 读取10mg/L的标准溶液 df1 = pd.read_excel('10mg.xlsx') wavelength = df1.iloc[:,0] # 波长 transmittance1 = df1.iloc[:,1] # 透过率 # 读取15mg/L的标准溶液 df2 = pd.read_excel('15mg.xlsx') transmittance2 = df2.iloc[:,1] # 透过率 # 读取20mg/L的标准溶液 df3 = pd.read_excel('20mg.xlsx') transmittance3 = df3.iloc[:,1] # 透过率 ``` 接下来,对数据进行一阶导数计算,得到一阶导数谱图,并绘制在同一个折线图上。 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 计算一阶导数 def derivative(x, y): dy = np.gradient(y, x) dx = np.gradient(x) dydx = dy / dx return dydx # 计算一阶导数谱 def derivative_spectrum(wavelength, transmittance): dydx = derivative(wavelength, transmittance) dydx_spectrum = np.abs(dydx) return dydx_spectrum # 计算三个标准溶液的一阶导数谱 dydx_spectrum1 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance1) dydx_spectrum2 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance2) dydx_spectrum3 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance3) # 绘制三个标准溶液的一阶导数谱图 plt.plot(wavelength, dydx_spectrum1, label='10mg/L') plt.plot(wavelength, dydx_spectrum2, label='15mg/L') plt.plot(wavelength, dydx_spectrum3, label='20mg/L') plt.xlabel('Wavelength (nm)') plt.ylabel('Derivative spectrum') plt.legend() plt.show() ``` 下一步是计算一阶导数谱的排列熵,通过排列熵值进行特征波长的提取。 ```python from scipy.stats import entropy # 计算一阶导数谱的排列熵 def permutation_entropy(spectrum): p = np.zeros((len(spectrum), len(spectrum))) for i in range(len(spectrum)): for j in range(len(spectrum)): if spectrum[i] <= spectrum[j]: p[i,j] = 1 pe = entropy(p.sum(axis=1)) return pe # 计算三个标准溶液的一阶导数谱的排列熵 pe1 = permutation_entropy(dydx_spectrum1) pe2 = permutation_entropy(dydx_spectrum2) pe3 = permutation_entropy(dydx_spectrum3) # 提取特征波长 feature_wavelength = wavelength[np.argmin([pe1, pe2, pe3])] ``` 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。假设COD浓度数据保存在"COD.xlsx"文件中,第一列为COD浓度,第二列为特征波长处的特征值。 ```python from sklearn.cross_decomposition import PLSRegression # 读取COD浓度数据 df_cod = pd.read_excel('COD.xlsx') cod_concentration = df_cod.iloc[:,0] # COD浓度 feature_value = df_cod.iloc[:,1] # 特征波长处的特征值 # 进行PLS建模 X = np.array(feature_value).reshape(-1, 1) y = np.array(cod_concentration) pls = PLSRegression(n_components=1) pls.fit(X, y) # 预测COD浓度 predict_value = pls.predict(np.array(feature_wavelength).reshape(1, -1))[0] print('Predicted COD concentration:', predict_value) ``` 完整代码如下: ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.stats import entropy from sklearn.cross_decomposition import PLSRegression # 读取10mg/L的标准溶液 df1 = pd.read_excel('10mg.xlsx') wavelength = df1.iloc[:,0] # 波长 transmittance1 = df1.iloc[:,1] # 透过率 # 读取15mg/L的标准溶液 df2 = pd.read_excel('15mg.xlsx') transmittance2 = df2.iloc[:,1] # 透过率 # 读取20mg/L的标准溶液 df3 = pd.read_excel('20mg.xlsx') transmittance3 = df3.iloc[:,1] # 透过率 # 计算一阶导数 def derivative(x, y): dy = np.gradient(y, x) dx = np.gradient(x) dydx = dy / dx return dydx # 计算一阶导数谱 def derivative_spectrum(wavelength, transmittance): dydx = derivative(wavelength, transmittance) dydx_spectrum = np.abs(dydx) return dydx_spectrum # 计算三个标准溶液的一阶导数谱 dydx_spectrum1 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance1) dydx_spectrum2 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance2) dydx_spectrum3 = derivative_spectrum(wavelength, transmittance3) # 绘制三个标准溶液的一阶导数谱图 plt.plot(wavelength, dydx_spectrum1, label='10mg/L') plt.plot(wavelength, dydx_spectrum2, label='15mg/L') plt.plot(wavelength, dydx_spectrum3, label='20mg/L') plt.xlabel('Wavelength (nm)') plt.ylabel('Derivative spectrum') plt.legend() plt.show() # 计算一阶导数谱的排列熵 def permutation_entropy(spectrum): p = np.zeros((len(spectrum), len(spectrum))) for i in range(len(spectrum)): for j in range(len(spectrum)): if spectrum[i] <= spectrum[j]: p[i,j] = 1 pe = entropy(p.sum(axis=1)) return pe # 计算三个标准溶液的一阶导数谱的排列熵 pe1 = permutation_entropy(dydx_spectrum1) pe2 = permutation_entropy(dydx_spectrum2) pe3 = permutation_entropy(dydx_spectrum3) # 提取特征波长 feature_wavelength = wavelength[np.argmin([pe1, pe2, pe3])] # 读取COD浓度数据 df_cod = pd.read_excel('COD.xlsx') cod_concentration = df_cod.iloc[:,0] # COD浓度 feature_value = df_cod.iloc[:,1] # 特征波长处的特征值 # 进行PLS建模 X = np.array(feature_value).reshape(-1, 1) y = np.array(cod_concentration) pls = PLSRegression(n_components=1) pls.fit(X, y) # 预测COD浓度 predict_value = pls.predict(np.array(feature_wavelength).reshape(1, -1))[0] print('Predicted COD concentration:', predict_value) ```

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文件中第一列数据为波长,第二列为透过率,对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

首先,需要安装并导入所需的库,包括`pandas`、`numpy`、`matplotlib`、`scipy`和`sklearn`。可以使用以下代码安装和导入这些库: ```python !pip install pandas numpy matplotlib scipy scikit-learn 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 ``` 接下来,读取并处理excel数据,得到一阶导数谱图。可以使用以下代码读取数据并绘制谱图: ```python # 读取excel数据 data1 = pd.read_excel('10mg_L.xlsx') data2 = pd.read_excel('15mg_L.xlsx') data3 = pd.read_excel('20mg_L.xlsx') # 获取波长和透过率数据 wavelength = data1.iloc[:, 0].values tr1 = data1.iloc[:, 1].values tr2 = data2.iloc[:, 1].values tr3 = data3.iloc[:, 1].values # 对透过率数据进行预处理,得到一阶导数谱图 def get_derivative_spectrum(tr): # 对透过率数据进行Savitzky-Golay滤波 tr_smoothed = savgol_filter(tr, 31, 3) # 计算一阶导数 dy = np.diff(tr_smoothed) dx = np.diff(wavelength) dy_dx = dy / dx # 对一阶导数进行Savitzky-Golay滤波 dy_dx_smoothed = savgol_filter(dy_dx, 31, 3) return dy_dx_smoothed ds1 = get_derivative_spectrum(tr1) ds2 = get_derivative_spectrum(tr2) ds3 = get_derivative_spectrum(tr3) # 绘制一阶导数谱图 plt.plot(wavelength[1:], ds1, label='10mg/L') plt.plot(wavelength[1:], ds2, label='15mg/L') plt.plot(wavelength[1:], ds3, label='20mg/L') plt.xlabel('Wavelength (nm)') plt.ylabel('First Derivative') plt.legend() plt.show() ``` 接下来,计算一阶导数谱的排列熵,并通过排列熵算法提取特征波长。可以使用以下代码实现: ```python # 计算一阶导数谱的排列熵 def get_permutation_entropy(ds): # 对一阶导数谱进行离散化 ds_discrete = np.digitize(ds, np.histogram(ds, bins=20)[1]) # 计算排列熵 n = len(ds_discrete) pe = 0 for m in range(2, 7): count = {} for i in range(n - m + 1): seg = tuple(ds_discrete[i:i+m]) if seg in count: count[seg] += 1 else: count[seg] = 1 pe_m = 0 for seg in count: p = count[seg] / (n - m + 1) pe_m -= p * np.log(p) pe += pe_m return pe # 提取特征波长 pe1 = get_permutation_entropy(ds1) pe2 = get_permutation_entropy(ds2) pe3 = get_permutation_entropy(ds3) f1 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds1 - pe1))] f2 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds2 - pe2))] f3 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds3 - pe3))] print('Feature wavelengths:', f1, f2, f3) ``` 最后,利用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。可以使用以下代码实现: ```python # 读取COD浓度数据 cod1 = 10 cod2 = 15 cod3 = 20 # 构建PLS模型 X_train = np.array([ds1[np.argmin(np.abs(wavelength - f1))], ds2[np.argmin(np.abs(wavelength - f2))], ds3[np.argmin(np.abs(wavelength - f3))]]).reshape(3, 1) y_train = np.array([cod1, cod2, cod3]).reshape(3, 1) pls = PLSRegression(n_components=1) pls.fit(X_train, y_train) # 预测COD浓度 X_test = np.array([ds1[np.argmin(np.abs(wavelength - f1))], ds2[np.argmin(np.abs(wavelength - f2))], ds3[np.argmin(np.abs(wavelength - f3))]]).reshape(3, 1) y_pred = pls.predict(X_test) print('Predicted COD concentrations:', y_pred[:, 0]) ``` 这样就完成了基于紫外-可见光谱的水质COD检测代码的编写。完整代码如下: ```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 # 读取excel数据 data1 = pd.read_excel('10mg_L.xlsx') data2 = pd.read_excel('15mg_L.xlsx') data3 = pd.read_excel('20mg_L.xlsx') # 获取波长和透过率数据 wavelength = data1.iloc[:, 0].values tr1 = data1.iloc[:, 1].values tr2 = data2.iloc[:, 1].values tr3 = data3.iloc[:, 1].values # 对透过率数据进行预处理,得到一阶导数谱图 def get_derivative_spectrum(tr): # 对透过率数据进行Savitzky-Golay滤波 tr_smoothed = savgol_filter(tr, 31, 3) # 计算一阶导数 dy = np.diff(tr_smoothed) dx = np.diff(wavelength) dy_dx = dy / dx # 对一阶导数进行Savitzky-Golay滤波 dy_dx_smoothed = savgol_filter(dy_dx, 31, 3) return dy_dx_smoothed ds1 = get_derivative_spectrum(tr1) ds2 = get_derivative_spectrum(tr2) ds3 = get_derivative_spectrum(tr3) # 绘制一阶导数谱图 plt.plot(wavelength[1:], ds1, label='10mg/L') plt.plot(wavelength[1:], ds2, label='15mg/L') plt.plot(wavelength[1:], ds3, label='20mg/L') plt.xlabel('Wavelength (nm)') plt.ylabel('First Derivative') plt.legend() plt.show() # 计算一阶导数谱的排列熵 def get_permutation_entropy(ds): # 对一阶导数谱进行离散化 ds_discrete = np.digitize(ds, np.histogram(ds, bins=20)[1]) # 计算排列熵 n = len(ds_discrete) pe = 0 for m in range(2, 7): count = {} for i in range(n - m + 1): seg = tuple(ds_discrete[i:i+m]) if seg in count: count[seg] += 1 else: count[seg] = 1 pe_m = 0 for seg in count: p = count[seg] / (n - m + 1) pe_m -= p * np.log(p) pe += pe_m return pe # 提取特征波长 pe1 = get_permutation_entropy(ds1) pe2 = get_permutation_entropy(ds2) pe3 = get_permutation_entropy(ds3) f1 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds1 - pe1))] f2 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds2 - pe2))] f3 = wavelength[np.argmin(np.abs(ds3 - pe3))] print('Feature wavelengths:', f1, f2, f3) # 读取COD浓度数据 cod1 = 10 cod2 = 15 cod3 = 20 # 构建PLS模型 X_train = np.array([ds1[np.argmin(np.abs(wavelength - f1))], ds2[np.argmin(np.abs(wavelength - f2))], ds3[np.argmin(np.abs(wavelength - f3))]]).reshape(3, 1) y_train = np.array([cod1, cod2, cod3]).reshape(3, 1) pls = PLSRegression(n_components=1) pls.fit(X_train, y_train) # 预测COD浓度 X_test = np.array([ds1[np.argmin(np.abs(wavelength - f1))], ds2[np.argmin(np.abs(wavelength - f2))], ds3[np.argmin(np.abs(wavelength - f3))]]).reshape(3, 1) y_pred = pls.predict(X_test) print('Predicted COD concentrations:', y_pred[:, 0]) ```
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