动态时间规整matlab和python代码

几篇写得很好的文章

【重大修改】动态时间规整（Dynamic Time Warping）
算法笔记-DTW动态时间规整
动态时间规整算法(Dynamic Time Warping, DTW)之初探单词语音识别

（1）相似度计算

先计算欧式距离，然后计算累计损失距离，计算到最后一个值即为两个序列的最终距离。
这个最终距离表示两个序列的相似度，距离越小，相似度越大。
借用上面第二篇的例子：
X：3，5，6，7，7，1
Y：3，6，6，7，8，1，1

求出第一个欧式距离表后，通过下面公式计算 $M_c(i,j)=Min(M_c(i-1,j-1),M_c(i-1,j),M_c(i,j-1))+M(i,j)$
例如图中要计算 ? 的值，考虑其左上相邻3个值和其欧式距离表对应位置上的值。这里 min(0, 3, 6)+3 = 3.

（2）输出最佳路径path

这里参数包含了对应两个输入序列的规整序列，其实就是索引值。这个算法认为对应索引位置上的值相似度比较大。见代码如何得到规整后的序列。

（3）代码

matlab代码

参考这里： 【重大修改】动态时间规整（Dynamic Time Warping）

python代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def dtw(x, y, dist):
    """
    Computes Dynamic Time Warping (DTW) of two sequences.

    :param array x: N1*M array
    :param array y: N2*M array
    :param func dist: distance used as cost measure

    Returns the minimum distance, the cost matrix, the accumulated cost matrix, and the wrap path.
    """
    assert len(x)  # Report error while x is none
    assert len(y)
    r, c = len(x), len(y)
    D0 = zeros((r + 1, c + 1))
    D0[0, 1:] = inf
    D0[1:, 0] = inf
    D1 = D0[1:, 1:]  # view

    for i in range(r):
        for j in range(c):
            D1[i, j] = dist(x[i], y[j])
    C = D1.copy()

    for i in range(r):
        for j in range(c):
            D1[i, j] += min(D0[i, j], D0[i, j + 1], D0[i + 1, j])
    if len(x) == 1:
        path = zeros(len(y)), range(len(y))
    elif len(y) == 1:
        path = range(len(x)), zeros(len(x))
    else:
        path = _traceback(D0)
    return D1[-1, -1] / sum(D1.shape), C, D1, path
 

x = np.array([0, 0, 1, 1, 2, 4, 2, 1, 2, 0]).reshape(-1, 1)
y = np.array([1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 2, 0]).reshape(-1, 1)

dist, cost, acc, path = dtw(x, y, dist=lambda x, y: np.linalg.norm(x - y, ord=1))
print('Minimum distance found:', dist)

plt.figure()
plt.subplot(131)
plt.plot(x)
plt.plot(y)
plt.title('orignal data')
plt.subplot(132)
plt.imshow(cost.T, origin='lower', cmap=plt.cm.gray, interpolation='nearest')
plt.plot(path[0], path[1], 'w')
plt.xlim((-0.5, cost.shape[0]-0.5))
plt.ylim((-0.5, cost.shape[1]-0.5))
plt.title('the cost matrix and the wrap path')
plt.subplot(133)
plt.plot(x[path[0]])
plt.plot(y[path[1]])
plt.xlim((-0.5, cost.shape[0]-0.5))
plt.ylim((-0.5, cost.shape[1]-0.5))
plt.title('wrapped signal')
plt.show()