首页
学习
活动
专区
圈层
工具
发布
社区首页 >问答首页 >Monod生长/降解方程对实验数据的曲线拟合

Monod生长/降解方程对实验数据的曲线拟合
EN

Stack Overflow用户
提问于 2020-06-13 16:15:26
回答 1查看 398关注 0票数 1

因此,这里面临的问题是Monod方程与实验数据的曲线拟合。细菌生长和降解有机碳的模型如下所示:

dX/dt = (u *S*X )/(K + S)

dS/dt = ((-1/Y) *u*S*X )/(K + S)

这些方程是使用scipy odeint函数求解的。集成后的结果被存储到两个向量中,一个用于增长,另一个用于降级。下一步是将该模型与实验观察到的数据进行曲线拟合,并估计模型参数: u、K和Y。一旦运行代码,就会产生以下错误:

代码语言:javascript
复制
File "C:\ProgramData\Anaconda3\lib\site-packages\scipy\optimize\minpack.py", line 392, in leastsq
    raise TypeError('Improper input: N=%s must not exceed M=%s' % (n, m))

TypeError: Improper input: N=3 must not exceed M=2"

为了方便起见,曲线拟合部分被注释掉,这样就可以生成预期结果的曲线图。下面是代码示例:

代码语言:javascript
复制
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.integrate import odeint
from scipy.optimize import curve_fit

"""Experimental data!"""
t_exp = np.array([0, 8, 24, 32, 48, 96, 168])
S_exp = np.array([5.5, 4.7, 3.7, 2.5, 1.5, 0.7, 0.5])
X_exp = np.array([10000, 17000, 30000, 40000, 60000, 76000, 80000])

"Model of the microbial growth and the TOC degradation"
# SETTING UP THE MODEL
def f(t, u, K, Y):
     'Function that returns mutually dependent variables X and S'
     def growth(x, t):
         X = x[0]
         S = x[1]
         "Now differential equations are defined!"
         dXdt = (u * S * X )/(K + S)
         dSdt = ((-1/Y) * u * S * X )/(K + S)
         return [dXdt, dSdt]
     # INTEGRATING THE DIFFERENTIAL EQUATIONS
     "initial Conditions"
     init = [10000, 5]
     results = odeint(growth, init, t)
     "Taking out desired column vectors from results array"
     return results[:,0], results[:,1]

# CURVE FITTING AND PARAMETER ESTIMATION
"""k, kcov = curve_fit(f, t_exp, [X_exp, S_exp], p0=(1, 2, 2))
u = k[0]
K = k[1]
Y = k[2]"""

# RESULTS OF THE MODEL WITH THE ESTIMATED MODEL PARAMETERS
t_mod = np.linspace(0, 168, 100)
compute = f(t_mod, 0.8, 75, 13700)# these fit quite well, but estimated manually
X_mod = compute[0]
S_mod = compute[1]

# PLOT OF THE MODEL AND THE OBSERVED DATA
fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(111)
ax1.plot(t_exp, X_exp, "yo")
ax1.plot(t_mod, X_mod, "g--", linewidth=3)
ax1.set_ylabel("X")

ax2 = ax1.twinx()
ax2.plot(t_exp, S_exp, "mo", )
ax2.plot(t_mod, S_mod, "r--", linewidth=3)
ax2.set_ylabel("S", color="r")
for tl in ax2.get_yticklabels():
    tl.set_color("r")
plt.show()

任何关于如何处理这个问题并进一步进行的建议都将受到高度赞赏。提前谢谢。

EN

回答 1

Stack Overflow用户

回答已采纳

发布于 2020-06-16 04:11:12

f()的结果需要与作为第三个参数输入到curve_fit中的实验数据具有相同的形状。在f()的最后一行,您只需获取两个ODE的解决方案的t=0s值并返回该值,但您应该返回完整的解决方案。当使用curve_fit一次拟合多组数据时,只需将它们连接起来(水平堆叠),即

代码语言:javascript
复制
def f(t, u, K, Y):
   .....
   return np.hstack((results[:,0], results[:,1]))

并像这样调用curve_fit

代码语言:javascript
复制
k, kcov = curve_fit(f, t_exp, np.hstack([X_exp, S_exp]), p0=(1, 2, 2))

您还必须调整脚本的绘图部分:

代码语言:javascript
复制
compute = f(t_mod, u, K, Y)
compute = compute.reshape((2,-1))
票数 1
EN
页面原文内容由Stack Overflow提供。腾讯云小微IT领域专用引擎提供翻译支持
原文链接:

https://stackoverflow.com/questions/62357192

复制
相关文章

相似问题

领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档