MATLAB的数值计算(三)曲线拟合与插值

一、曲线拟合

在许多实际应用中,常常只能测得一些分散的数据点。为了能从这些分散的数据点中找出它们内在的变化规律,人们就依据这些分散的数据点,运用最小二乘法,生成一个函数来逼近这些已知的数据点,称为曲线拟合。曲线拟合对应的命令是polyfit,调用格式为:

polyfit(x,y,n)

其中,x,y为样本数据;n为拟合多项式的阶数;返回值是一个多项式系数的行向量。

在使用polyfit函数的时候,x,y为已知样本数据,n需要设计者自己确定。如果选择n=1,即把样本数据作为直线对待,称为线性回归。

例:已知热敏电阻实验数据如下表所示,利用polyfit函数求其最小二乘法拟合曲线,并计算其误差程度。

|-------------------------------------------------------|------|------|------|------|------|
| 温度t/() | 20.5 | 32.7 | 51.0 | 73.0 | 95.7 |
| 电阻 | 765 | 826 | 873 | 942 | 1032 |

为了对比拟合的多项式与原来样本数据的拟合程度,通过绘图进行观察。

误差计算有很多种方法,在这里使用均方差(Mean Square Error,MSE)的方法来计算,具体计算公式为

其中,n为样本数量,为拟合值,y为样本值。

误差的计算代码如下:

方法1:直接使用一次曲线进行计算。

方法2:使用二次曲线进行计算。

二、插值

插值是在已知数据点之间计算估计值。通过这些插值,可以将无规律、没有联系的数据点,连接得到一个近似的曲线。对应一、二维插值的调用命令如下:

yi = interp1(x,y,xi,'method')

zi =interp2 (x,y,z,xi,yi,'method')

其中,x,y为样本数据;xi是计算的x的位置;method为所用的插值方法,无论是一维插值还是二维插值,method有以下4种选择方法。

|----|---------|------------|--------|-------|
| 方法 | Nearest | Linear | Spline | Cubic |
| 说明 | 邻近点插值 | 线性插值(默认方法) | 3次样条插值 | 立方插值 |

例:通过下表中的已知数据求自变量x在[0:0.25:10]等位置的插值,并且画出相应的曲线。

|---|---|--------|--------|--------|---------|---------|---------|--------|--------|--------|---------|
| x | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| y | 0 | 0.8415 | 0.9039 | 0.1411 | -0.7568 | -0.9589 | -0.2794 | 0.6570 | 0.9894 | 0.4121 | -0.5440 |

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