计算样本数据的方差, 标准方差与协方差

简介: 计算样本数据的方差, 标准方差与协方差在图像处理中有时候会涉及计算图像像素数据的方差,标准方差与协方差等统计学属性作为中间数据。因此知道什么是方差、标准方差、协方差很重要。 二:代码实现Java代码实现计算数据的方差,标准方差、协方差package com.

计算样本数据的方差, 标准方差与协方差

在图像处理中有时候会涉及计算图像像素数据的方差,标准方差与协方差等统计学属性作为中间数据。因此知道什么是方差、标准方差、协方差很重要。
这里写图片描述
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二:代码实现

Java代码实现计算数据的方差,标准方差、协方差

package com.gloomyfish.image.gmm;

public class CalculateVariance {

    public double mean(double[] data) {
        double sum = 0;
        int len = data.length;
        for(int i=0; i<len; i++) {
            sum += data[i];
        }
        return sum / len;
    }

    public double variance(double[] data) {
        double mean = mean(data);
        double sum = 0;
        int len = data.length;
        double delta = 0;
        for(int i=0; i<len; i++) {
            delta = data[i] - mean;
            sum += (delta*delta);
        }
        return sum / len;
    }

    public double sd(double[] data) {
        return Math.sqrt(variance(data));
    }

    public double covariance(double[] X, double[] Y) {
        double mx = mean(X);
        double my = mean(Y);
        // 理论上应该通过插值保证长度一致
        int len = X.length == Y.length ? X.length : Math.min(X.length, Y.length);
        double sum = 0;
        for(int i=0; i<len; i++) {
            sum += ((X[i]-mx)*(Y[i]-my));
        }
        return sum / len;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int len = 20;
        double[] X = new double[len];
        double[] Y = new double[len];
        for(int i=0; i<len; i++) {
            X[i] = Math.random()*100;
            Y[i] = Math.random()*100;
        }
        CalculateVariance cv = new CalculateVariance();
        System.out.println("X Mean: " + cv.mean(X));
        System.out.println("Y Mean: " + cv.mean(Y));
        System.out.println();

        System.out.println("X Variance: " + cv.variance(X));
        System.out.println("Y Variance: " + cv.variance(Y));
        System.out.println();

        System.out.println("X Standard Deviation: " + cv.sd(X));
        System.out.println("Y Standard Deviation: " + cv.sd(Y));
        System.out.println();

        System.out.println("XY Covariance: " + cv.covariance(X, Y));
        System.out.println();
    }

}

三:意义表述

协方差可以分析样本数据之间的线性相关性,协方差为正数时候,一般情况表示相关,协方差为负数的时候则表示不相关,常见的相关性计算就是基于协方差实现。在图像的直方图数据比较中是常规的手段之一。OpenCV与ImageJ中均有代码实现。

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