最小二乘法拟合椭圆的csharp完整代码

时间: 2023-10-17 07:06:13 浏览: 149
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椭圆最小二乘拟合

以下是使用最小二乘法拟合椭圆的C#完整代码: using System; using System.Collections.Generic; using System.Drawing; using System.Linq; namespace EllipseFitting { class Program { static void Main(string[] args) { // 生成随机点坐标 Random random = new Random(); List<PointF> points = new List<PointF>(); for (int i = 0; i < 100; i++) { float x = (float)random.NextDouble() * 200 + 50; float y = (float)random.NextDouble() * 200 + 50; points.Add(new PointF(x, y)); } // 拟合椭圆 Ellipse ellipse = EllipseFitting(points); // 绘制拟合的椭圆和原始点 Bitmap bmp = new Bitmap(300, 300); Graphics g = Graphics.FromImage(bmp); Pen pen = new Pen(Color.Red); g.DrawEllipse(pen, ellipse.X - ellipse.A, ellipse.Y - ellipse.B, ellipse.A * 2, ellipse.B * 2); pen = new Pen(Color.Blue); foreach (PointF point in points) { g.DrawRectangle(pen, point.X, point.Y, 1, 1); } bmp.Save("ellipse.bmp"); } // 最小二乘法拟合椭圆 static Ellipse EllipseFitting(List<PointF> points) { // 将点坐标转换为二次型的形式 List<double[]> data = new List<double[]>(); foreach (PointF point in points) { double[] item = new double[6]; item[0] = point.X * point.X; item[1] = point.X * point.Y; item[2] = point.Y * point.Y; item[3] = point.X; item[4] = point.Y; item[5] = 1.0; data.Add(item); } // 计算二次型的协方差矩阵 double[,] cov = new double[6, 6]; for (int i = 0; i < 6; i++) { for (int j = 0; j < 6; j++) { double sum = 0; for (int k = 0; k < points.Count; k++) { sum += data[k][i] * data[k][j]; } cov[i, j] = sum; } } // 计算协方差矩阵的逆矩阵 double[,] inv = MatrixInverse(cov); // 计算中心点坐标 double[] center = new double[6]; for (int i = 0; i < 6; i++) { double sum = 0; for (int j = 0; j < points.Count; j++) { sum += data[j][i]; } center[i] = sum / points.Count; } // 计算椭圆参数 double a = inv[0, 0] * center[0] + inv[0, 1] * center[1] + inv[0, 2] * center[2]; double b = inv[0, 1] * center[0] + inv[1, 1] * center[1] + inv[1, 2] * center[2]; double c = inv[0, 2] * center[0] + inv[1, 2] * center[1] + inv[2, 2] * center[2]; double d = inv[0, 3] * center[0] + inv[1, 3] * center[1] + inv[2, 3] * center[2]; double e = inv[0, 4] * center[0] + inv[1, 4] * center[1] + inv[2, 4] * center[2]; double f = inv[0, 5] * center[0] + inv[1, 5] * center[1] + inv[2, 5] * center[2]; // 计算椭圆的中心坐标和长短半轴长度 double delta = b * b - 4 * a * c; double x0 = (2 * c * d - b * e) / delta; double y0 = (2 * a * e - b * d) / delta; double A = Math.Sqrt((2 * (a * x0 * x0 + c * y0 * y0 + b * x0 * y0 - f)) / ((a + c) + Math.Sqrt(delta))); double B = Math.Sqrt((2 * (a * x0 * x0 + c * y0 * y0 + b * x0 * y0 - f)) / ((a + c) - Math.Sqrt(delta))); return new Ellipse(x0, y0, A, B); } // 计算矩阵的逆矩阵 static double[,] MatrixInverse(double[,] matrix) { int size = matrix.GetLength(0); double[,] inv = new double[size, size]; double det = MatrixDeterminant(matrix); if (det == 0) throw new Exception("The matrix is singular."); for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size; j++) { double[,] subMatrix = SubMatrix(matrix, i, j); inv[j, i] = MatrixDeterminant(subMatrix) / det * Math.Pow(-1, i + j); } } return inv; } // 计算矩阵的行列式 static double MatrixDeterminant(double[,] matrix) { int size = matrix.GetLength(0); if (size == 1) return matrix[0, 0]; if (size == 2) return matrix[0, 0] * matrix[1, 1] - matrix[0, 1] * matrix[1, 0]; double det = 0; for (int i = 0; i < size; i++) { double[,] subMatrix = SubMatrix(matrix, 0, i); det += matrix[0, i] * MatrixDeterminant(subMatrix) * Math.Pow(-1, i); } return det; } // 计算矩阵的子矩阵 static double[,] SubMatrix(double[,] matrix, int row, int col) { int size = matrix.GetLength(0); double[,] subMatrix = new double[size - 1, size - 1]; for (int i = 0; i < size; i++) { for (int j = 0; j < size; j++) { if (i < row && j < col) subMatrix[i, j] = matrix[i, j]; if (i < row && j > col) subMatrix[i, j - 1] = matrix[i, j]; if (i > row && j < col) subMatrix[i - 1, j] = matrix[i, j]; if (i > row && j > col) subMatrix[i - 1, j - 1] = matrix[i, j]; } } return subMatrix; } } // 椭圆类 class Ellipse { public double X, Y, A, B; public Ellipse(double x, double y, double a, double b) { X = x; Y = y; A = a; B = b; } } } 注意:本代码仅供参考,实际使用时需要根据具体情况进行调整和优化。
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