贝叶斯优化一维时序信号NLM去噪的Python代码实现

时间: 2023-11-16 15:11:02 浏览: 31
以下是使用贝叶斯优化对一维时序信号进行NLM去噪的Python代码实现: ```python import numpy as np from scipy import signal from skopt import gp_minimize from skopt.space import Real, Integer from skopt.utils import use_named_args def nlm_denoise(y, sigma, h, p, q): """ Applies non-local means (NLM) denoising to a 1D signal y. :param y: 1D array, the signal to denoise :param sigma: float, the standard deviation of the noise :param h: float, the smoothing parameter :param p: int, the window size for similarity search :param q: int, the window size for patch search :return: 1D array, the denoised signal """ n = len(y) y_denoised = np.zeros(n) for i in range(n): num = 0 den = 0 for j in range(n): if i != j: w1 = y[j-q:j+q+1] w2 = y[i-q:i+q+1] d = np.sum((w1-w2)**2) s1 = signal.windows.hann(2*p+1) s2 = signal.windows.hann(2*q+1) s = np.outer(s1, s2) w = np.exp(-d/(h**2*sigma**2)) * s num += w*y[j] den += w y_denoised[i] = num/den return y_denoised @use_named_args([ Real(0.01, 0.5, name='sigma'), Real(0.1, 1.0, name='h'), Integer(3, 11, name='p'), Integer(3, 11, name='q') ]) def objective(sigma, h, p, q): """ Objective function to minimize using Bayesian optimization. :param sigma: float, the standard deviation of the noise :param h: float, the smoothing parameter :param p: int, the window size for similarity search :param q: int, the window size for patch search :return: float, the mean squared error between the denoised and original signals """ y_denoised = nlm_denoise(y, sigma, h, p, q) mse = np.mean((y - y_denoised)**2) return mse # generate noisy signal t = np.linspace(0, 2*np.pi, 100) y = np.sin(t) + np.random.normal(0, 0.1, 100) # optimize parameters using Bayesian optimization bounds = [(0.01, 0.5), (0.1, 1.0), (3, 11), (3, 11)] res = gp_minimize(objective, bounds, n_calls=50) # denoise signal using optimized parameters sigma_opt, h_opt, p_opt, q_opt = res.x y_denoised = nlm_denoise(y, sigma_opt, h_opt, p_opt, q_opt) ```

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