AutoTau

AutoTau 是一个用于拟合指数上升/下降过程时间常数 τ 的 Python 工具，面向瞬态或周期信号的 τ 提取与分析。

模型形式：

• 上升（turn-on）：y = A * (1 - exp(-t/τ)) + C
• 下降（turn-off）：y = A * exp(-t/τ) + C

主要功能

• 指定窗口的 τ 拟合（TauFitter），输出 τ、R²、调整后 R²，并支持绘图。
• 滑动窗口自动搜索最佳拟合区间（AutoTauFitter），可选并行执行。
• 多周期自动拟合（CyclesAutoTauFitter），自动从前两个周期推断窗口并应用到全部周期。
• 窗口搜索与拟合解耦：WindowFinder 只找窗口；CyclesTauFitter/ParallelCyclesTauFitter 使用手动窗口拟合。
• 多进程并行周期拟合（ParallelCyclesTauFitter），默认返回 pandas.DataFrame。
• PyQt5 图形界面（v0.5.0 新增）：支持从 Excel 粘贴数据、自动/手动拟合、可视化结果、导出 CSV/Excel。

安装

pip install autotau

安装 GUI 版本（包含 PyQt5）：

pip install autotau[gui]

本地开发安装：

pip install -e .
# 或带 GUI
pip install -e ".[gui]"

Python 版本要求：>=3.6。

快速开始

1) 单窗口拟合（TauFitter）

import numpy as np
from autotau import TauFitter

time = np.linspace(0, 0.4, 400)
signal = np.where(
    time <= 0.2,
    1 - np.exp(-time / 0.05),
    np.exp(-(time - 0.2) / 0.05),
)

fitter = TauFitter(
    time,
    signal,
    t_on_idx=[0.0, 0.2],
    t_off_idx=[0.2, 0.4],
    normalize=False,
    language="en",
)

fitter.fit_tau_on(interp=True, points_after_interp=200)
fitter.fit_tau_off(interp=True, points_after_interp=200)

print("tau_on:", fitter.get_tau_on())
print("tau_off:", fitter.get_tau_off())
print("R2_on:", fitter.tau_on_r_squared, "R2_adj_on:", fitter.tau_on_r_squared_adj)

2) 自动窗口搜索（AutoTauFitter）

假设已有 time、signal（同采样、按时间升序），且包含一个完整周期。

from autotau import AutoTauFitter

auto_fitter = AutoTauFitter(
    time,
    signal,
    sample_step=time[1] - time[0],
    period=0.4,
    window_scalar_min=0.2,
    window_scalar_max=1/3,
    window_points_step=10,
    window_start_idx_step=1,
    normalize=False,
    language="en",
    show_progress=True,
)

auto_fitter.fit_tau_on_and_off()

print("best tau_on:", auto_fitter.best_tau_on_fitter.get_tau_on())
print("best tau_off:", auto_fitter.best_tau_off_fitter.get_tau_off())
print("on window:", auto_fitter.best_tau_on_window_start_time, auto_fitter.best_tau_on_window_end_time)

3) 多周期自动拟合（CyclesAutoTauFitter）

假设 time、signal 为多周期数据，period 为单周期长度。

from autotau import CyclesAutoTauFitter

period = 0.4
sample_rate = 1000

cycles_fitter = CyclesAutoTauFitter(
    time,
    signal,
    period=period,
    sample_rate=sample_rate,
    window_scalar_min=0.2,
    window_scalar_max=1/3,
    window_points_step=10,
    window_start_idx_step=1,
    normalize=False,
    language="en",
)

results = cycles_fitter.fit_all_cycles(r_squared_threshold=0.95)
summary = cycles_fitter.get_summary_data()
print(summary.head())

4) 手动窗口 + 并行多周期拟合

先在前两个周期搜索窗口，再并行拟合全部周期。

from autotau import WindowFinder, ParallelCyclesTauFitter

two_period_mask = time <= time[0] + 2 * period
time_subset = time[two_period_mask]
signal_subset = signal[two_period_mask]

finder = WindowFinder(
    time_subset,
    signal_subset,
    sample_step=1 / sample_rate,
    period=period,
    window_scalar_min=0.2,
    window_scalar_max=1/3,
    show_progress=True,
    max_workers=4,
)
windows = finder.find_best_windows()

fitter = ParallelCyclesTauFitter(
    time,
    signal,
    period=period,
    sample_rate=sample_rate,
    window_on_offset=windows["on"]["offset"],
    window_on_size=windows["on"]["size"],
    window_off_offset=windows["off"]["offset"],
    window_off_size=windows["off"]["size"],
    show_progress=True,
    max_workers=4,
)

df = fitter.fit_all_cycles()  # 默认返回 DataFrame

并行使用建议

• AutoTauFitter 可通过注入 executor 并行化窗口搜索：

  from concurrent.futures import ProcessPoolExecutor
  from autotau import AutoTauFitter
  
  with ProcessPoolExecutor(max_workers=8) as executor:
      fitter = AutoTauFitter(time, signal, sample_step=..., period=..., executor=executor)
      fitter.fit_tau_on_and_off()
  

• CyclesAutoTauFitter 可通过 fitter_factory 传入自定义 AutoTauFitter（例如带并行的版本）。
• ParallelCyclesTauFitter 已内置多进程“分块并行”，适合周期数较多的场景。
• Windows 下使用多进程时，请将并行入口放在 if __name__ == "__main__": 中。

API 概览

• TauFitter：指定窗口拟合 τ，输出拟合参数与 R²。
• AutoTauFitter：滑动窗口搜索最佳拟合区间（可选并行）。
• CyclesAutoTauFitter：多周期自动拟合，支持低 R² 周期的再拟合。
• WindowFinder：只搜索窗口，不做拟合。
• CyclesTauFitter：使用手动窗口拟合多个周期（串行）。
• ParallelCyclesTauFitter：使用手动窗口拟合多个周期（并行，默认返回 DataFrame）。
• ParallelAutoTauFitter / ParallelCyclesAutoTauFitter：保留兼容但已废弃，建议改用 AutoTauFitter(..., executor=...) 与 CyclesAutoTauFitter(..., fitter_factory=...)。

图形界面（GUI）

v0.5.0 新增 PyQt5 图形界面，支持：

• 从 Excel 复制粘贴两列数据（时间、信号）
• 自动模式：自动搜索最佳拟合窗口
• 手动模式：手动指定窗口参数
• 可视化：原始数据、τ 演化图、R² 质量图
• 导出结果到 CSV/Excel

启动 GUI

# 方式 1：模块启动
python -m autotau.gui

# 方式 2：命令行（安装后）
autotau-gui

使用流程

1. 从 Excel 复制两列数据（时间 + 信号）
2. 点击"Parse Clipboard"解析数据
3. 设置周期（Period）和采样率（Sample Rate）
4. 选择拟合模式（Auto/Manual）
5. 点击"Fit Data"开始拟合
6. 查看结果图表，导出 CSV/Excel

示例与数据

• 示例脚本：examples/basic_examples.py
• 示例数据：autotau/transient.csv

更新日志

v0.6.0

• GUI 完全解耦：GUI 现在使用独立的拟合模块，不再依赖 core 模块的实现
• 修复 GUI 卡死问题：使用正确的 QThread 信号机制，确保拟合操作真正在后台线程执行
• 新增 autotau.gui.fitters 模块：包含 ExponentialFitter、WindowSearcher、CyclesFitter、AutoCyclesFitter
• 避免 multiprocessing 和 matplotlib 与 GUI 的冲突

v0.5.0

• 新增 PyQt5 图形界面（GUI）
• 支持从 Excel 粘贴数据、自动/手动拟合、可视化、导出

v0.4.5

• 优化分块并行策略
• 修复窗口偏移量计算问题

许可证

MIT License，见 LICENSE。