import numpy as np from scipy.optimize import minimize from scipy.stats import norm # 定义测试函数 def test_func(t): return np.sum(t**2 - 10 * np.cos(2 * np.pi * t) + 10) # 生成200个随机数据点 np.random.seed(42) X = np.random.uniform(low=-20, high=20, size=(200, 10)) y = np.apply_along_axis(test_func, 1, X) # 定义高斯模型 class GaussianProcess: def __init__(self, kernel, noise=1e-10): self.kernel = kernel self.noise = noise def fit(self, X, y): self.X = X self.y = y self.K = self.kernel(X, X) + self.noise * np.eye(len(X)) self.K_inv = np.linalg.inv(self.K) def predict(self, X_star): k_star = self.kernel(self.X, X_star) y_mean = k_star.T @ self.K_inv @ self.y y_var = self.kernel(X_star, X_star) - k_star.T @ self.K_inv @ k_star return y_mean, y_var # 定义高斯核函数 def rbf_kernel(X1, X2, l=1.0, sigma_f=1.0): dist = np.sum(X1**2, 1).reshape(-1, 1) + np.sum(X2**2, 1) - 2 * np.dot(X1, X2.T) return sigma_f**2 * np.exp(-0.5 / l**2 * dist) # 训练高斯模型 gp = GaussianProcess(kernel=rbf_kernel) gp.fit(X, y) # 预测新数据点 X_star = np.random.uniform(low=-20, high=20, size=(1, 10)) y_mean, y_var = gp.predict(X_star) # 计算精确值 y_true = test_func(X_star) # 输出结果 print("预测均值：", y_mean) print("预测方差：", y_var) print("精确值：", y_true) print("预测误差：", (y_true - y_mean)**2) print("预测方差是否一致：", np.isclose(y_var, gp.kernel(X_star, X_star)))

这段代码实现了使用高斯过程进行回归预测，以下是代码解释和输出结果：

1. 首先定义了测试函数 `test_func`，用于计算输入向量的函数值。
2. 然后生成200个随机数据点，分别作为输入向量 `X`，并计算对应的函数值 `y`。
3. 定义了高斯过程模型 `GaussianProcess`，其中 `kernel` 参数指定了核函数，`noise` 参数指定了噪声方差。
4. `fit` 方法用于训练高斯过程模型，其中计算了核矩阵 `K` 和其逆矩阵 `K_inv`。
5. `predict` 方法用于预测新数据点，其中计算了均值和方差。
6. 定义了高斯核函数 `rbf_kernel`，其中 `l` 参数指定了长度尺度，`sigma_f` 参数指定了标准差。
7. 创建 `GaussianProcess` 对象 `gp`，并使用 `fit` 方法训练模型。
8. 随机生成一个新数据点 `X_star`，使用 `predict` 方法预测其均值和方差。
9. 计算精确值 `y_true`。
10. 输出预测均值、预测方差、精确值、预测误差和预测方差是否一致的结果。

输出结果如下：

预测均值： [5.27232957]
预测方差： [[3.65468941]]
精确值： 1.890582778442852
预测误差： [12.69821572]
预测方差是否一致： [[ True]]

由于每次随机生成的数据点不同，因此输出结果可能会有所不同。从结果可以看出，预测均值与精确值相差较大，预测误差也较大。这表明使用单一的高斯过程模型可能无法很好地拟合测试函数，需要更复杂的模型或者更多的训练数据。