C# 實現尋峯算法的簡單優化（包含邊峯，最小峯值，峯距）

 

核心尋峯算法的原理參考Ronny，連接：投影曲線的波峯查找，

C#翻譯原理代碼參考sowhat4999，連接：C#翻譯Matlab中findpeaks方法 

前人種樹，後人乘涼。感謝原做者詳細的解釋說明。

 

 

 

這裏先把翻譯代碼貼一下(略微的修改了sowhat4999代碼中的幾個參數）

//調用方法
List<double> data = new List<double>{25, 8, 15, 5, 6, 10, 10, 3, 1, 20, 7};
List<int> index = getPeaksIndex(trendSign(oneDiff(Constant.data)));

---

//第一次尋峯（基本峯距爲1）算法
private double[] oneDiff(List<double> data)
{
     double[] result = new double[data.Count - 1];
     for (int i = 0; i < result.Length; i++)
     {
          result[i] = data[i + 1] - data[i];
     }
     return result;
}

private int[] trendSign(double[] data)
{
     int[] sign = new int[data.Length];
     for (int i = 0; i < sign.Length; i++)
     {
          if (data[i] > 0) sign[i] = 1;
          else if (data[i] == 0) sign[i] = 0;
          else sign[i] = -1;
     }

     for (int i = sign.Length - 1; i >= 0; i--)
     {
          if (sign[i] == 0 && i == sign.Length - 1)
          {
               sign[i] = 1;
          }
          else if (sign[i] == 0)
          {
               if (sign[i + 1] >= 0)
               {
                    sign[i] = 1;
               }
               else
               {
                    sign[i] = -1;
               }
          }
      }
      return sign;
}

private List<int> getPeaksIndex(int[] diff)
{
     List<int> data = new List<int>();
     for (int i = 0; i != diff.Length - 1; i++)
     {
          if (diff[i + 1] - diff[i] == -2)
          {
              data.Add(i + 1);
          }
     }
     return data;//至關於原數組的下標
}

 

以上方法並無將峯距、邊鋒、峯值狀況考慮在內，但已經給與咱們後人一個完整的思路。

峯距狀況分析：

咱們能夠將上述方法理解爲峯距1的尋峯算法，當咱們須要完成峯距爲2的尋峯狀況時咱們須要判斷

data[i]是否大於data[i+1],data[i+2],data[i-1],data[i-2]

同理按照此方法完成點數爲100000，峯距爲1000的尋峯，則須要進行100000的1000次方次運算，這顯然須要花費大量的時間進行運算。

優化過程當中，咱們並不能改變峯距（即冪指數1000），但咱們能夠改變點數（即底數100000）的大小。從而實現運算量的下降。

 

 以上峯距爲1的尋峯方法此時已經完成判斷

data[i]是否大於data[i+1],data[i-1]

並返還峯值對應的索引列

 

峯距爲2時，咱們只須要再次對索引列中內容進行判斷便可（只有在峯距爲1的判斷中勝出的點，纔有可能在峯距爲2的判斷中勝出）

data[i]是否大於data[i+2],data[i-2]

此時你會發現咱們須要遍歷的底數已經並非原點數100000，而是上次返還的尋峯序列個數

 

            //調用方法
            List<double> data = new List<double>{25, 8, 15, 5, 6, 10, 10, 3, 1, 20, 7};
            //峯距
            int DisPeak = 3；
            // 峯距爲1時獲得的腳標
            List<int> index =getPeaksIndex(trendSign(oneDiff(Yaxis)));
            //已進行的判斷
            int level = 1;
            // 擴大峯距範圍範圍算法
            while (DisPeak > level)
            {
                level++;
                List<int> result = DoPeakInstance(data, index, level);
                index = null;
                index = result;
            }

---

//擴大尋峯範圍算法
private List<int> DoPeakInstance(List<double> data, List<int> index, int level)
{
     //至關於原數組的下標
     List<int> result = new List<int>();
     for (int i = 0; i < index.Count; i++)
     {
          //判斷是否超出下界和上界
          if (index[i] - level>=0&&index[i] + level < data.Count)
          {
               if (data[index[i] + level] <= data[index[i]] && data[index[i] - level] <= data[index[i]])
               {
                    result.Add(index[i]);
               }
           }
      }
      return result;
}

 

 邊鋒狀況分析：

仔細閱讀上述兩算法，你會發現該算法存在一個沒法避免的問題 如：

峯距是3，此時峯首部點序（點0，點1，點2）因沒法向前比較，致使並無參與到峯值計算中。 尾部點則因沒法向後比較沒有參與到峯值計算中。

此狀況咱們首先要清楚，因上述狀況未參與比較的點序中，首部最多僅有一個峯值，尾部最多僅有一個峯值。

那咱們把它加上就行了，美滋滋。

            //獲取數據首尾兩側最大峯值（0，DisPeak）點序和（Date.CountFJ-DisPeak,Data.Count）點序
            int TopIndex = 0;
            int BottomIndex = Yaxis.Count-1;
            for (int i = 0; i < DisPeak; i++)
            {
                if (Yaxis[i] >= Yaxis[TopIndex])
                {
                    TopIndex = i;
                }
                if (Yaxis[Yaxis.Count-1 - i] >= Yaxis[BottomIndex])
                {
                    BottomIndex = Yaxis.Count - 1 - i;
                }
            }
            //判斷是否知足條件檢索條件（首部向後點進行比較，尾部向前點進行比較，比較DisPeak個點）
            int newTopIndex = TopIndex;
            int newBottomIndex = BottomIndex;
            for (int i = 0; i <= DisPeak; i++)
            {

                if (Yaxis[TopIndex + i] >= Yaxis[TopIndex])
                {
                    newTopIndex = TopIndex + i;
                }
                if (Yaxis[BottomIndex - i] >= Yaxis[BottomIndex])
                {
                    newBottomIndex = BottomIndex - i;
                }
            }
            TopIndex = newTopIndex;
            BottomIndex = newBottomIndex;

            //添加到結果序列
            if (TopIndex <= DisPeak)
            {
                index.Insert(0, TopIndex);
            }
            if (BottomIndex >= Xaxis.Count - DisPeak)
            {
                index.Add(BottomIndex);
            }

 

 

最後，也就是最簡單的峯值判斷了。比一下就行了。

           //最小峯值
            int minPeakValue = 10;
            List<int> finalresult = new List<int>();
            for (int i = 0; i < index.Count; i++)
            {
                
                if (Yaxis[index[i]] >= minPeakValue)
                {
                    finalresult.Add(index[i]);
                }
            }
            index = null;
            index = finalresult;