3.1 插值法
数值计算中的插值方法-教案
数值计算中的插值方法-教案一、引言1.1数值计算与插值方法的背景1.1.1数值计算在现代科学和工程中的重要性1.1.2插值方法在数值计算中的应用1.1.3插值方法的基本概念和分类1.1.4教学目标和意义1.2插值方法的历史发展1.2.1古典插值方法的发展历程1.2.2现代插值方法的发展趋势1.2.3插值方法在不同领域的应用案例1.2.4学生对插值方法历史了解的重要性1.3教学方法和组织形式1.3.1采用的教材和参考资料1.3.2教学方法和策略1.3.3教学活动的组织形式1.3.4学生参与和互动的重要性二、知识点讲解2.1插值函数的构造2.1.1拉格朗日插值多项式2.1.2牛顿插值多项式2.1.3埃尔米特插值多项式2.1.4各种插值方法的优缺点比较2.2插值误差分析2.2.1插值多项式的余项2.2.2插值误差的估计2.2.3插值误差与数据点分布的关系2.2.4提高插值精度的方法2.3插值方法的应用2.3.1数据拟合与逼近2.3.2数值微积分2.3.3工程问题中的插值应用2.3.4学生实际操作和案例分析的必要性三、教学内容3.1拉格朗日插值多项式3.1.1拉格朗日插值多项式的定义3.1.2拉格朗日插值多项式的构造方法3.1.3拉格朗日插值多项式的性质3.1.4拉格朗日插值多项式的应用实例3.2牛顿插值多项式3.2.1牛顿插值多项式的定义3.2.2牛顿插值多项式的构造方法3.2.3牛顿插值多项式的性质3.2.4牛顿插值多项式的应用实例3.3埃尔米特插值多项式3.3.1埃尔米特插值多项式的定义3.3.2埃尔米特插值多项式的构造方法3.3.3埃尔米特插值多项式的性质3.3.4埃尔米特插值多项式的应用实例四、教学目标4.1知识与技能目标4.1.1理解插值方法的基本概念和分类4.1.2掌握拉格朗日、牛顿和埃尔米特插值多项式的构造方法4.1.3学会分析插值误差,并了解提高插值精度的方法4.1.4能够运用插值方法解决实际问题4.2过程与方法目标4.2.1培养学生的数学建模能力4.2.2培养学生的数据分析能力4.2.3培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力4.2.4培养学生的合作与交流能力4.3情感态度与价值观目标4.3.1培养学生对数学学习的兴趣和热情4.3.2培养学生的科学精神和创新意识4.3.3培养学生的团队协作意识和责任感4.3.4培养学生的国际视野和跨文化交流能力五、教学难点与重点5.1教学难点5.1.1插值多项式的构造方法5.1.2插值误差的分析与估计5.1.3插值方法在实际问题中的应用5.1.4学生对插值方法的理解和应用能力5.2教学重点5.2.1插值方法的基本概念和分类5.2.2拉格朗日、牛顿和埃尔米特插值多项式的性质5.2.3插值方法在数值计算中的应用5.2.4学生对插值方法的应用和实践能力六、教具与学具准备6.1教具准备6.1.1多媒体设备6.1.2白板和笔6.1.3教学软件和应用程序6.1.4教学视频和演示文稿6.2学具准备6.2.1笔记本和文具6.2.2计算器和数学软件6.2.3相关教材和参考资料6.2.4学生自主学习的资源七、教学过程7.1导入新课7.1.1引入数值计算和插值方法的背景7.1.2提出问题,激发学生的兴趣7.1.3引导学生回顾相关知识点7.1.4提出教学目标和要求7.2知识讲解与演示7.2.1讲解插值方法的基本概念和分类7.2.2演示拉格朗日、牛顿和埃尔米特插值多项式的构造方法7.2.3分析插值误差,并介绍提高插值精度的方法7.2.4通过实例讲解插值方法在实际问题中的应用7.3学生练习与讨论7.3.1布置练习题,让学生独立完成7.3.2组织学生进行小组讨论和合作7.3.3引导学生提出问题和解决问题的方法7.3.4检查学生的练习情况,并进行点评和指导7.4.2引导学生思考插值方法在其他领域的应用7.4.3提供相关资料和资源,鼓励学生进行深入学习7.4.4布置作业,巩固学生的学习成果八、板书设计8.1板书设计概述8.1.1板书设计的重要性8.1.2板书设计的原则和策略8.1.3板书设计的内容和方法8.1.4学生对板书的理解和记忆能力8.2板书设计的内容8.2.1插值方法的基本概念和分类8.2.2拉格朗日、牛顿和埃尔米特插值多项式的构造方法8.2.3插值误差的分析与估计8.2.4插值方法在实际问题中的应用8.3板书设计的策略8.3.1采用图表和示意图进行辅助说明8.3.2使用颜色和标记进行突出和区分8.3.3运用逻辑结构和层次进行组织8.3.4结合多媒体和教具进行补充和拓展九、作业设计9.1作业设计概述9.1.1作业设计的重要性9.1.2作业设计的原则和策略9.1.3作业设计的内容和方法9.1.4学生对作业的理解和完成能力9.2作业设计的内容9.2.1基本概念和分类的回顾题9.2.2插值多项式的构造和应用题9.2.3插值误差的分析和计算题9.2.4实际问题的建模和解决题9.3作业设计的策略9.3.1设计不同难度层次的作业题9.3.2提供相关资料和资源进行辅助9.3.3鼓励学生进行合作和讨论9.3.4安排作业的批改和反馈机制十、课后反思及拓展延伸10.1课后反思10.1.1教学目标的达成情况10.1.2教学难点和重点的处理情况10.1.3教学方法和策略的有效性10.1.4学生的学习情况和反馈意见10.2拓展延伸10.2.1插值方法在其他领域的应用10.2.2相关的数学建模和数据分析方法10.2.3国际视野下的数值计算方法10.2.4学生自主学习和研究的机会重点关注环节及其补充说明:1.教学难点与重点:在讲解插值多项式的构造方法和插值误差分析时,应结合实例和图表进行详细解释,并引导学生进行实际操作和练习,以提高他们的理解和应用能力。
五种插值法的对比研究
学号:2013大学毕业论文五种插值法的对比研究A Comparative Study of Five Interpolation Methods学院: 理学院教学系:数学系专业班级: 信息与计算科学专业1301学生:指导教师: 讲师2017年6月7日目录容摘要...............................................................I Abstract.................................................................II 1 导言................................................................. 1 1.1 选题背景................................................. 11.2 研究的目的和意义................................................. 22 五种插值法.................................................3 2.1 拉格朗日插值................................................. 3 2.2 牛顿插值.................................................4 2.3 分段线性插值................................................. 4 2.4 分段三次Hermite插值................................................. 52.5 样条插值................................................. 53 五种插值法的对比研究................................................. 6 3.1 五种插值法的解题分析比较............................................. 63.2 五种插值法的实际应用.................................................154 结语.................................................20 参考文献...............................................................21 致...................................................................22容摘要:插值法是数值分析中最基本的方法之一。
插值法的最简单计算公式
插值法的最简单计算公式全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:插值法是一种常用的数值计算方法,用于通过已知数据点推断出未知数据点的值。
在实际问题中,往往会遇到数据点不连续或者缺失的情况,这时就需要通过插值法来填补这些数据点,以便更准确地进行计算和分析。
插值法的最简单计算公式是线性插值法。
线性插值法假设数据点之间的变化是线性的,通过已知的两个数据点来推断出中间的未知数据点的值。
其计算公式为:设已知数据点为(x0, y0)和(x1, y1),需要插值的点为x,其在(x0, x1)之间,且x0 < x < x1,插值公式为:y = y0 + (y1 - y0) * (x - x0) / (x1 - x0)y为插值点x对应的值,y0和y1分别为已知数据点x0和x1对应的值。
通过这个线性插值公式,可以方便地计算出中间未知点的值。
举一个简单的例子来说明线性插值法的应用。
假设有一组数据点为(1, 2)和(3, 6),现在需要插值得到x=2时的值。
根据线性插值公式,我们可以计算出:y = 2 + (6 - 2) * (2 - 1) / (3 - 1) = 2 + 4 * 1 / 2 = 2 + 2 = 4当x=2时,线性插值法得到的值为4。
通过这个简单的例子,可以看出线性插值法的计算公式的简单易懂,适用于很多实际问题中的插值计算。
除了线性插值法,还有其他更复杂的插值方法,如多项式插值、样条插值等,它们能够更精确地拟合数据并减小误差。
在一些简单的情况下,线性插值法已经足够满足需求,并且计算起来更加直观和方便。
在实际应用中,插值法经常用于图像处理、信号处理、数据分析等领域。
通过插值法,可以将不连续的数据点连接起来,填补缺失的数据,使得数据更加完整和连续,方便后续的处理和分析。
插值法是一种简单而有效的数值计算方法,其中线性插值法是最简单的计算公式之一。
通过这个简单的公式,可以方便地推断出未知数据点的值,并在实际应用中发挥重要作用。
两种快速建模方法得到的高精地图道路精度的分析与对比
两种快速建模方法得到的高精地图道路精度的分析与对比1绪论1.1研究背景2020年8月,中国科学技术协会发布了《2020年重大科学问题与工程技术难题》,提出基于数字交通基础设施推动自动驾驶与车辆协同发展,高精度地图即为数字交通基础设施的重要组成部分[1]。
自动驾驶高精度地图作为无人驾驶技术发展的重要支撑,在高精定位、智能导航、决策控制等方面发挥着重要作用,与无人驾驶的安全性、稳定性、舒适性紧密关联[2,3]。
构建高精度地图的地图建模方法具有重要的意义。
综上所述,地图建模在自动驾驶领域起到了至关重要的作用,可以帮助自动驾驶系统更好地感知和理解周围环境,做出准确的决策和规划,提高驾驶的安全性、效率和舒适性。
1.2研究内容和意义本文将探索无传感器方法进行地图建模,同时分析精度以验证其有效性。
目前主流的地图建模方法有雷达点云法,即通过搭载高精度激光雷达及高精惯导为主的专业移动测量系统进行数据采集制图。
虽然精度与可信度较高,但成本也高,且效率低,周期长,需要消耗大量人力物力,尤其不便于应对少量地图要素更新需求[4,5]。
对于一些轻量化特定区域,支持自定义、更加快速便捷的地图建模方法被需要。
本文共详解两种地图建模方法:基于高清卫星图的人工建模法、基于道路各点经纬度批量生成道路。
作为快速轻量化特定区域地图建模的实例。
本文对这两种建模方法进行精度分析和对比。
目前,对于一个能够支持自动驾驶的数字地图的精度要求比较高,传统对地图精度的统计指标有位置误差、数据源精度、地图比例尺、地图误差矩阵等。
然而,这些测量指标是传统地图的评估指标并不完全适用支持自动驾驶的高精地图(HDM,high definition map)的精度评估[6]。
除传统分析方法外,采用基于点集配准和重采样的方法评估道路的相对精度来对两种高精地图建模方法进行相对精度对比。
2两种地图建模方法详解2.1方法一:基于高清卫星图的人工建模法一种直观、简单的方法。
插值法数学计算方法
插值法数学计算方法插值法是一种数学计算方法,用于在已知数据点的基础上,通过构建一条插值曲线来估计未知数据点的值。
插值法可以应用于各种数学问题中,例如逼近函数、插值多项式、差值等。
本文将详细介绍插值法的原理和常见的插值方法。
一、插值法的原理插值法的基本思想是通过已知数据点的函数值来构建一个函数表达式,该函数可以通过插值曲线来估计任意点的函数值。
根据已知数据点的数量和分布,插值法可以采用不同的插值方法来构建插值函数。
插值法的原理可以用以下几个步骤来描述:1.收集已知数据点:首先,需要收集一组已知的数据点。
这些数据点可以是实际测量得到的,也可以是其他方式获得的。
2.选择插值方法:根据问题的特性和数据点的分布,选择适合的插值方法。
常见的插值方法包括拉格朗日插值法、牛顿插值法、埃尔米特插值法等。
3.构建插值函数:通过已知数据点,利用选择的插值方法构建插值函数。
这个函数可以拟合已知数据点,并通过插值曲线来估计未知数据点。
4.估计未知数据点:利用构建的插值函数,可以估计任意点的函数值。
通过插值曲线,可以对未知数据点进行预测,获得相应的数值结果。
二、常见的插值方法1.拉格朗日插值法:拉格朗日插值法基于拉格朗日多项式,通过构建一个具有多项式形式的插值函数来逼近已知数据点。
插值函数可以通过拉格朗日基函数计算得到,式子如下:P(x) = ∑[f(xi) * l(x)], i=0 to n其中,P(x)表示插值函数,f(xi)表示已知数据点的函数值,l(x)表示拉格朗日基函数。
2.牛顿插值法:牛顿插值法基于牛顿差商公式,通过构建一个递归的差商表来逼近已知数据点。
插值函数可以通过牛顿插值多项式计算得到,式子如下:P(x) = f(x0) + ∑[(f[x0, x1, ..., xi] * (x - x0) * (x - x1)* ... * (x - xi-1)] , i=1 to n其中,P(x)表示插值函数,f[x0, x1, ..., xi]表示xi对应的差商。
插值法的推导过程
插值法生产实践中常常出现这样的问题:给出一批离散样点,要求作出一条通过这些点的光滑曲线,以便满足设计要求或进行加工。
反映在数学上,即已知函数在一些点上的值,寻求它的分析表达式。
因为由函数的表格形式不能直接得出表中未列点处的函数值,也不便于研究函数的性质。
此外,有些函数虽有表达式,但因式子复杂,不容易算其值和进行理论分析,也需要构造一个简单函数来近似它。
解决这种问题的方法有两类:一类是给出函数()x f 的一些样点值,选定一个便于计算的函数形式,如多项式、分式线性函数及三角多项式等,要求它通过已知样点,由此确定函数()x ϕ作为()x f 的近似。
这就是插值法。
另一类方法在选定近似函数的形式后,不要求近似函数过已知样点,只要求在某种意义下他在这些点上的总偏差最小。
这类方法称为曲线(数据)拟合法。
1、 拉格朗日(Lagrange )插值1. Lagrange 插值多项式先讨论只有两个节点0x ,()11=n x 的插值多项式。
由前所述,插值多项式应设为()x a a x 101+=ϕ,且满足插值条件()()0001001x f y x a a x ==+=ϕ()()1111011x f y x a a x ==+=ϕ解此方程组得1010010x x x y x y a --=,10101x x y y a --=0所以,两个节点的一次插值多项式为()x x x y y x x x y x y x 10101010011--+--=ϕ (5-6)这是用过两点()00,y x ,()11,y x 的直线()x y 1ϕ=近似曲线()x f y =,故这种插值又称为线性插值。
如果将式(5-6)改写成以下形式()01011011x x x x y x x x x y x --+--=ϕ (5-7) 式(5-7)中,()x 1ϕ被表成两个线性函数的线性组合。
记()1010x x x x x l --=,()0101x x x x x l --= 显然,它们满足()100=x l ,()010=x l ()001=x l ,()111=x l即()()10,=i x l i 在对应的插值点i x 处的取值为1,在其他点处取值为0,不难想象,以对应点处的函数值为系数对它们作线性组合所得的函数,不仅仍是线性的,且必定满足插值条件。
插值法简便公式
插值法简便公式在数学和统计学中,插值法是一种通过已知数据点来推断未知数据点的方法。
它在各种领域都有广泛的应用,如数值分析、数据处理、信号处理等。
插值法有多种方法,其中一种简便而常用的方法是线性插值法。
线性插值法是一种简单但有效的插值方法,它基于线性关系来推断未知数据点的值。
该方法假设已知数据点之间的变化是线性的,并通过线性方程来估计未知数据点的值。
线性插值法的简便公式如下:y = y1 + (x - x1) * (y2 - y1) / (x2 - x1)其中,x1和x2是已知数据点的横坐标,y1和y2是已知数据点的纵坐标,x是待估计数据点的横坐标,y是待估计数据点的纵坐标。
线性插值法的应用非常广泛。
例如,在气象学中,我们可以利用已知的气温数据点来推断未知地点的气温。
假设我们知道某地在早上8点的气温为20摄氏度,而在中午12点的气温为30摄氏度。
如果我们想知道该地在上午10点的气温,我们可以使用线性插值法来估计。
根据已知数据点和插值公式,我们可以计算出:y = 20 + (10 - 8) * (30 - 20) / (12 - 8) = 25摄氏度因此,根据线性插值法,该地在上午10点的气温大约为25摄氏度。
除了气象学,线性插值法还广泛应用于金融、工程、地理和计算机图形学等领域。
在金融领域,我们可以使用线性插值法来估计股票或商品的价格。
在工程领域,我们可以利用已知数据点来估计未知条件下的物理量。
在地理领域,我们可以使用线性插值法来推断未知地点的海拔高度。
在计算机图形学中,线性插值法常用于生成平滑的曲线和表面。
然而,线性插值法也存在一些限制。
首先,该方法仅适用于已知数据点之间的线性变化。
如果数据点之间的变化是非线性的,线性插值法可能会产生不准确的结果。
其次,该方法假设数据点之间的变化是连续的。
如果数据点之间存在间断或跳跃,线性插值法也可能不适用。
为了克服线性插值法的限制,人们还开发了其他插值方法,如多项式插值、样条插值和径向基函数插值等。
插值法的最简单计算公式
插值法的最简单计算公式全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:插值法是数值分析领域中常用的一种方法,它可以用来估计未知函数在给定点处的值。
插值法的基本思想是基于已知数据点,构建一个多项式函数来逼近未知函数的值。
在实际应用中,插值法常常被用来对离散数据进行平滑处理,或是用来预测未来的数据。
最简单的插值方法之一是线性插值法。
线性插值法假设未知函数在两个已知数据点之间是线性变化的,即可以通过这两个点之间的直线来估计未知函数在中间点处的值。
线性插值的计算公式如下:设已知数据点为(x0, y0)和(x1, y1),要估计中间点x处的函数值y,则线性插值公式为:\[y = y0 + \frac{x - x0}{x1 - x0} * (y1 - y0)\]这个公式的推导比较简单,可以通过代入已知数据点计算出来。
如果已知数据点为(0, 1)和(2, 3),要估计在x=1处的函数值,根据线性插值公式,计算如下:在x=1处的函数值为2。
线性插值法的优点是简单易懂,计算速度快,并且可以比较精确地估计函数值。
但是线性插值法的精度受限于已知数据点之间的线性关系,如果函数在两个数据点之间发生了急剧变化,线性插值法可能无法准确估计函数值。
除了线性插值法,还有许多其他更复杂的插值方法,如拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值等。
这些方法在不同的情况下可以提供更精确的函数估计值,但也需要更复杂的计算步骤。
插值法是一种常用的数值分析方法,可以帮助我们更好地处理数据和预测未知函数的值。
在实际应用中,可以根据具体情况选取合适的插值方法来进行计算。
第二篇示例:插值法是一种用于估算未知数值的方法,它基于已知数据点之间的关系进行推断。
在实际应用中,插值法经常用于数据处理、图像处理、数学建模和预测等领域。
插值法的计算公式通常比较复杂,但是我们可以通过简化的方式来理解和计算插值结果。
最简单的插值方法之一是线性插值法。
在线性插值法中,我们假设已知数据点之间的关系是线性的,然后通过线性方程来估算未知点的数值。
插值法2
插值研究1 插值法的应用在函数的近似求解中,插值方法非常的重要。
当我们知道了函数在有限个点处的取值状况后,就可以估算出该函数在其他点处的函数值,进而求解函数的更多相关信息。
插值法除了函数求值的应用之外,其他方面的用法也比较多。
包括:数值微分方法,数值积分方法,数据拟合,以及在图像处理方面的应用。
(1)数值积分法:在进行积分的求解时,经常会遇到被积函数不清楚,即使被积函数已知,然而被积函数的原函数求并不好求,在这种情况下,一般根据)(x f 在积分区间的已知数据,通过构造插值多项式)(x p 替代)(x f ,由于)(x p 为多项式,则)(x f 的积分值就能够比较容易求出。
(2)数值微分方法:通常意义上的数值微分方法,也即是根据距离相等的节点上的插值多项式,求解函数的导数值。
我们知道,两点公式是通过分段线性插值得出的,三点公式是通过分段抛物插值得出的。
然而这两种公式仅仅适合对节点处求导数值。
如果在区间内的其它点求导数值的话,样条插值函数是比较好的选择。
(3)数据拟合:在获得一组测定的离散的数据之后,我们最想获得的就是这些离散数据的数学表达式,探讨这些数据的内在规律。
如果无法求解到精确的数学表达式,尽可能好的去近似得出函数解析式,也会帮助我们获得意想不到的结果。
关于插值法的近似标准是这样规定的:原函数和插值函数在插值点处的误差为零,在实际的应用当中,有些点的误差并不一定为零,只需考虑整体的误差限制即可,因而所求函数并不需要通过所有点,我们所要求的是最好的反应原函数的变化趋势。
通过插值法的求解,便可以求得最优的拟合函数。
(4)图像处理:数字图像的处理涉及到社会生活的很多领域,而图像的放大作为数字图像处理的基本操作,具有很强的重要性。
通过插值法,可以实现图像的放大。
图像处理中,图像之间的转换是通过坐标变换来实现的。
这样做的问题就是目标点的坐标一般不会是常数,因此要解决非整数坐标处的点应该是怎样的。
插值算法原理
插值算法原理
插值算法是一种用于估算缺失数据的方法。
它基于已知数据点之间的关系,通过插入新的数据点来填补缺失值。
算法的原理是利用已知数据点的位置和数值,通过一种数学模型来估算缺失数据点的数值。
常见的插值算法包括线性插值、多项式插值、样条插值等。
线性插值是一种简单但常用的插值方法。
它假设两个已知数据点之间的数值变化是线性的,根据已知数据点的数值和位置,可以得到缺失数据点的估算值。
具体操作是通过已知数据点的坐标和数值,确定两个数据点之间的线段,然后使用线段的方程来计算缺失数据点的数值。
多项式插值是一种更精确的插值方法。
它通过已知数据点之间的关系,构造一个多项式函数来逼近数据点的数值变化。
具体操作是通过已知数据点的坐标和数值,选择一个合适的多项式次数,利用已知数据点构造一个多项式函数,然后使用多项式函数计算缺失数据点的数值。
样条插值是一种平滑的插值方法。
它通过已知数据点之间的关系,构造一个平滑的函数来逼近数据点的数值变化。
具体操作是通过已知数据点的坐标和数值,选择一个合适的插值函数,将已知数据点连接起来形成一个连续的曲线,然后使用曲线来计算缺失数据点的数值。
插值算法可以广泛应用于各种领域,例如图像处理、地理信息
系统、金融分析等。
它可以在缺少数据的情况下,通过已有数据点的分析和估算,得到更完整的数据集。
然而,需要注意的是,插值算法的准确性和可靠性取决于已知数据点的分布和特性,不同的数据集可能需要选择不同的插值方法来得到更准确的结果。
插值法
定理2.2: 设(n)(x)在[a,b]连续, (n+1)(x)在(a,b)内
存在,在节点 ax0<x1<…<xnb上,满足插值
条件 (2.2)的插值多项式 Ln(x),对任一
x[a,b],插值余项为
f ( n1) ( x ) Rn ( x) f ( x) Ln ( x) n1 ( x) (n 1)! (2.5)
已知 (xk)=yk (k=0,1,…,n),在函数类P中寻找一 函数 (x)作为 (x)的近似表达式,使满足 (xk)=(xk)=yk ,k=0,1,…,n (2.2)
称 y=(x)为被插值函数; 称x0 , x1 ,…,xn为插值节点;
称(x)为插值函数; 称式(2.2)为插值条件;
例3: 求 (x)关于节点 x0,x1,x2的二次 Lagrange插值多 项式.
解
对节点x0,x1,x2的Lagrange插值基函数为
( x x1 )( x x 2 ) l 0 ( x) ( x 0 x1 )( x 0 x 2 ) l 2 ( x) ( x x 0 )( x x1 ) ( x 2 x 0 )( x 2 x1 ) ( x x 0 )( x x 2 ) , l1 ( x) ( x1 x 0 )( x1 x 2 ) ,
( n 1)
( x ) 所以 Rn ( x) (n 1)! n 1 ( x) f
( n 1)
若|(n+1)(x)|在[a,b]有上界Mn+1,则Lagrange插值 余项也可写成
M n 1 Rn ( x) n 1 ( x) (n 1)!
例4 给定函数表
x 10 11 12 13
g(x) f(x)
数值分析--chapter3 多项式插值与样条插值
其中Ak 为待定系数。
由条件lk (xk ) = 1 可定Ak ,于是
lk=(xj)=n0=xx(k−x−k(xx−xjj−x0x)0()x(kx−−xx11))······((xxk−−xxkk−−11))((xx−k −xkx+k1+)1·)···(··x(−xkx−n)xn)
(6)
j =k
§3.2 拉格朗日(Lagrange)插值−−拉格朗日插值多项式
基函数法:由线性空间的基出发,构造满足插值条件的多项式方 法。
用基函数法求插值多项式分两步:
(1)定义n + 1个线性无关的特殊代数多项式(插值基函数), 用ϕ0(x), · · · , ϕn(x)表示;
(2)利用插值条件,确定插值基函数的线性组合表示的n次插值多
项式
p(x) = a0ϕ0(x) + a1ϕ1(x) + · · · + anϕn(x)
− −
x0 x0
y1
(8)
用L1(x)近似代替f (x)称为线性插值,公式(8)称为线性插值多项 式或一次插值多项式。
§3.2 拉格朗日(Lagrange)插值−−拉格朗日插值多项式
当n = 2时,拉格朗日插值多项式(7)为
相同的插值节点(节点互不相同)和插值条件下,拉格朗日栖值多项式和牛顿插_值多项式
相同的插值节点(节点互不相同)和插值条件下,拉格朗日栖值多项式和牛顿插值多项式1. 引言1.1 概述在数值计算和数据分析领域中,插值是一种常用的方法。
通过已知的离散数据点,可以使用插值方法来构造一个连续函数,并且可以根据这个函数来估计未知数据点的值。
拉格朗日插值多项式和牛顿插值多项式是两种常见的插值方法。
1.2 文章结构本文将首先介绍拉格朗日插值多项式,包括其定义和性质。
然后,我们将探讨使用拉格朗日插值多项式进行数据拟合的优缺点。
接着,文章将介绍牛顿插值多项式的原理以及与牛顿差商的关系。
我们还会评估使用牛顿插值多项式进行数据拟合时的优缺点。
在进一步分析过程中,我们将专注于相同节点但互不相同的插值条件下拉格朗日和牛顿插值方法之间的比较。
具体而言,我们将分析它们在插值误差、多项式次数要求以及计算复杂度方面的不同表现。
最后,在本文的结论部分,我们将总结拉格朗日和牛顿插值方法的特点和应用场景,并对相同节点但互不相同的插值条件下两种方法的比较结果进行总结。
此外,我们还将展望未来在该领域的研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文的目的是深入探讨拉格朗日插值多项式和牛顿插值多项式这两种常用的插值方法。
通过比较它们在相同节点但互不相同的插值条件下的性能表现,我们可以更好地理解它们各自的优缺点和适用场景。
希望本文能为读者提供一个清晰全面的了解,以便在实际应用中选择合适的插值方法。
2. 拉格朗日插值多项式:2.1 插值原理拉格朗日插值多项式是一种常用的插值方法,用于通过已知数据点的函数值在给定节点处进行数据拟合。
该方法的基本原理是构造一个多项式函数,使其经过所有已知节点,并且在每个节点处与给定的函数值相等。
2.2 拉格朗日插值多项式的定义和性质拉格朗日插值多项式定义为:$$L(x) = \sum_{i=0}^{n} f(x_i) \cdot l_i(x)$$其中,$f(x_i)$表示已知数据点在节点$x_i$处的函数值,$l_i(x)$为拉格朗日基函数,满足以下性质:$$l_i(x) = \prod_{j \neq i}^{} \frac{x - x_j}{x_i - x_j}$$这些基函数具有零除法修正因子,确保了分母不为零,并且只在对应节点$x_i$处取到1,在其他节点处均为0。
计算物理学(刘金远)第-3-章-函数近似方法(课后习题及答案)
第3章函数近似方法(习题及答案)§3.1插值法【3.1.1】已知sin()x 在030,45,60的值分别为1/2,分别用一次插值和二次插值求0sin(50)近似值。
【3.1.2】误差函数的数据表:x 0.460.470.480.49…f(x)0.48465550.49374520.50274980.5116683…利用二次插值计算:(1)(0.472)f ;(2)()0.5,?f x x ==【3.1.3】【3.1.4】已知列表函数x -101y-15-5-3给出二次插值函数【解】0(0)(1)1()(1)(10)(11)2x x l x x x --==-----;1(1)(1)()(1)(1)(01)(01)x x l x x x +-==--++-2(1)(0)1()(1)(11)(10)2x x l x x x +-==++-2153()(1)5(1)(1)(1)22L x x x x x x x =--+-+--【3.1.5】已知,3)9(,2)4(==f f 用线性插值计算)5(f ,并估计误差。
【解】取插值节点014, 9x x ==,两个插值基函数分别为)9(51)(1010--=--=x x x x x x l )4(51)(0101-=--=x x x x x x l 故有565)4(53)9(52)()()(11001+=-+--=+=x x x y x l y x l x L 2.25655)5()5(1=+=»L f 误差为)(2)95)(45(!2)()5(2x x f f R ¢¢-=--¢¢=【3.1.6】已知(1)2,(1)1,(2)1f f f -===,求()f x 的二次拉格郎日插值多项式【解】22(1)(2)(1)(2)(1)(1)()21(11)(12)(11)(12)(21)(21)1(38)6x x x x x x L x x x --+-+-=++----+-+-=-+【3.1.7】求经过(0,1),(1,2),(2,3)A B C 三点的二次拉格郎日插值多项式【解】22(1)(2)(0)(2)(0)(1)()123(01)(02)(10)(12)(20)(21)1(343)2x x x x x x L x x x ------=++------=-+【3.1.8】编写拉格朗日三点插值程序,绘出)cos(x y =在[p ,0]区间的插值曲线,将[p ,0]区间8等份(9个插值点),由插值函数取25个点绘出插值曲线。
投标插值法计算公式_范文模板及概述
投标插值法计算公式范文模板及概述1. 引言1.1 概述本文主要介绍了投标插值法的计算公式及其范文模板,在项目投标过程中,投标人往往需要根据市场情况和竞争对手的报价信息进行合理的定价。
投标插值法作为一种常用的定价工具,在实际应用中具有广泛的应用前景和实际意义。
1.2 文章结构本文分为五个部分,依次介绍了引言、插值法介绍、投标插值法计算公式的原理、范文模板及示例分析以及结论与展望。
在第二部分中,将详细介绍了插值法的基本概念、应用领域以及其优缺点,帮助读者全面理解该方法的基本原理和适用范围。
第三部分将对投标插值法计算公式的原理进行深入探讨,包括其基本原理、推导过程以及使用注意事项等内容。
这将有助于读者更好地掌握该方法并正确地运用到实际情境中。
第四部分将提供一个范文模板,并通过解析相关步骤和方法,指导读者如何利用该模板进行定价工作。
同时还会给出一个实际案例的分析和讨论,以加深读者对这一方法的理解。
最后一部分将对全文进行总结,并展望未来投标插值法的研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文的目的是帮助读者了解投标插值法的计算公式,掌握其使用步骤及注意事项,并通过示例分析展示该方法在实际环境中的应用价值。
同时,本文还旨在提供一个范文模板供读者参考,在项目投标过程中能够更好地运用该方法进行定价工作。
最后,通过对该方法的探讨和总结,期望为今后投标插值法研究和应用提供一些启示和思路。
2. 插值法介绍:2.1 插值法基本概念插值法是一种数学计算方法,旨在通过已知数据点之间的间隔来估计未知数据点的值。
它基于假设:在临近的两个已知数据点之间,未知数据点可以用某种方式进行近似表示。
通过插值法,我们可以根据局部信息得出全局趋势,并推导出缺失数据点。
该方法通常用于填补缺失的数据、平滑曲线或预测未来的趋势。
2.2 插值法的应用领域插值法广泛应用于自然科学、工程领域和经济学等各个领域。
在自然科学中,如地理信息系统、气象预测等领域都需要使用插值法来分析和填充地理空间上的数据。
eviews低频数据转为高频数据原理
eviews低频数据转为高频数据原理1. 引言1.1 概述eviews是一种功能强大的统计分析软件,常用于经济学和金融学领域的数据处理与建模。
在实际应用中,我们常常会遇到需要将低频数据转换为高频数据的情况。
低频数据通常指较为稀疏的时间序列数据,如月度或季度数据;而高频数据则指较为密集、更具时效性的时间序列数据,如日内或分钟级别数据。
本文旨在介绍使用eviews将低频数据转换为高频数据的原理和方法。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行讲述。
首先,在引言部分,我们将简要概述本文的目的以及对于EViews低频与高频数据转换问题所涉及到的内容进行梳理。
接下来,第二部分将详细介绍EViews中低频和高频数据的概念,并比较了两者之间表示方法上的差异。
第三部分将重点关注EViews中低频数据转为高频数据的原理,包括线性插值方法、时间序列模型拟合方法以及其他转换方法的介绍与比较分析。
第四部分通过实例演示和应用案例分析来展示如何使用EViews进行低频到高频的转换,并解读结果。
最后,在第五部分中,我们将对全文进行总结,并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文旨在介绍EViews低频数据转换为高频数据的原理与方法,帮助读者更好地理解这一过程并学会在实际应用中使用EViews进行转换。
通过深入讨论线性插值方法和时间序列模型拟合方法等技术,读者可以了解不同方法之间的优劣势,并能根据需求选择适当的方法进行数据转换。
同时,通过实例演示和应用案例分析的方式,读者可以更加直观地领会实际操作步骤以及转换后数据分析结果的解读,加深对于该技术在实践中的应用认识。
最后,本文还将指出当前研究存在的问题以及未来可能的发展方向,希望为进一步探索EViews低频数据转为高频数据提供参考和思路。
2. EViews低频数据和高频数据2.1 低频数据和高频数据的概念在EViews中,低频数据指的是以较长时间间隔为单位记录的时间序列数据,例如每月、每季度或每年记录一次。
插值法内插与外插
插值法内插与外插插值法(内插与外插)Interpolation and Extrapolation数学问题探讨当我们在表现资料时,常常会有需要比实际量测点上的值更细密的情况,或者是有需要在范围外预测其值。
比方说天气图的绘制,不论是气压或是雨量,都不可能做到处处都有测量站,又例如我们关心一天之中温度随时间的变化,但是实际上记录气温的动作可能只是每小时一次,则我们要作一个连续的图时,就会用到插值法。
插值法的中心议题是:在我们己具备一组表列数(tabulated value)的情况下,如何得出没被定到之区域的值。
什么样的函数才能被插值,这是数学上讨论的间问题,参见课文p.99第四段。
然而,我们会要用到插值法的场合往往都不知道描述对象背后的函数是什么形式(但相信其有连续的本质),因此我们也只能尽力求真实。
使用插值法所建立的函数,在表列点上一定要重现原本给定的表列值,否则就不是插值法而是函数近似或曲线拟合的间问题了,它们是不一样的。
插值的作法,很直观地来讲,就是,(1)先从表列值来获得函数f(x),再(2)用函数f(x)求出我们所要的任何特定x之f(x)函数值。
然而,比较精密且系统化的数值方法却不是用这两个步骤来进行插值,原因是前述两阶段方法对于插值的精密度并没有控制,效率较差,也比较会有进位误差。
一般在做插值法,是从欲插值点x附近的几个表列点xi开始,建立插值函数f(x),并且也试著网罗更多表列点来插值,看随著项数变多误差会不会变小,如此找出最适合的函数f(x)。
我们会比较希望演算法在从表列值建立插值用函数时,也能提供误差分析以供我们或程式来判断。
毕竟可用的插值函数f(x)并非唯一,而即便是己设定了采用一种方法,如多项式法,也会有该使用多少项才最恰当的问题。
建立插值函数所需之邻近表列值个数,我们称之为插值法的order(阶),较高阶未必保证得到较合理的插值,这点在多项式插值法尤其如此,要小心注意。
详见课文中之例图上两图实线都是原现象背后的真正值,短虚线代表低阶多项式插值结果,长虚线代表高阶多项式插值结果。
径向基插值
径向基插值1. 简介径向基插值(Radial Basis Function Interpolation)是一种常用的插值方法,它利用径向基函数对离散数据进行近似,并通过计算插值函数在待求点处的函数值来实现数据的插值。
径向基插值在许多领域都有广泛的应用,如数学、计算机图形学、地理信息系统等。
2. 原理径向基插值的核心思想是使用径向基函数对离散数据进行拟合。
径向基函数是一个关于距离的函数,它在中心点附近取得最大值,随着距离的增加而逐渐减小。
常用的径向基函数包括高斯函数、多孔球函数、线性多项式等。
具体而言,设已知n个数据点(xi, yi),i=1,2,…,n,要求在未知点x处的函数值y(x)。
首先需要选择一个合适的径向基函数ϕ(r),其中r为x与xi之间的距离。
常见的径向基函数为高斯函数:ϕ(r) = exp(-εr^2)其中ε为控制拟合精度的参数。
然后,在每个数据点处构造一个以该点为中心的径向基函数:fi(x) = ϕ(||x-xi||)其中||x-xi||表示x与xi之间的欧氏距离。
最后,通过线性组合这些径向基函数来计算插值函数在未知点x处的函数值:y(x) = Σ(ai * fi(x))其中ai为待求系数。
3. 插值方法径向基插值可以分为两种方法:全局插值和局部插值。
3.1 全局插值全局插值是指在整个数据集上进行插值。
它的优点是简单、快速,但可能会出现过度拟合的问题。
常见的全局插值方法有逆距离权重法和克里金法。
逆距离权重法(Inverse Distance Weighting, IDW)是一种简单且直观的全局插值方法。
它根据未知点与已知点之间的距离来分配权重,距离越近的点权重越大。
然后,通过加权平均来计算未知点处的函数值。
克里金法(Kriging)是一种基于统计学原理的全局插值方法。
它通过拟合已知数据的空间相关性模型来预测未知点处的函数值。
克里金法可以提供对估计误差进行量化,并给出置信区间。
3.2 局部插值局部插值是指只在一定范围内进行插值,适用于数据集中存在局部变化的情况。
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第三章 插值法一、教学目标及基本要求通过对本章的学习,使学生掌握插值法计算常见的数学问题。
二、教学内容及学时分配本章主要介绍数值分析的插值法。
具体内容如下:第3-4学时讲授内容:问题的提法、拉格朗日插值公式。
第5-6学时讲授内容:插值余项、牛顿插值公式。
第7-8学时讲授内容:曲线拟合。
三、教学重点难点1.教学重点:插值方法的由来、拉格朗日插值公式、牛顿插值公式、曲线拟合。
2. 教学难点:拉格朗日插值公式、牛顿插值公式。
四、教学中应注意的问题多媒体课堂教学为主。
适当提问,加深学生对概念的理解。
第6讲 拉格朗日插值公式众所周知,反映自然规律的数量关系的函数有三种表示方法: A. 解析表达式52)(3--=x x x f .(开普勒(Kepler)方程)y y x sin ε-=.。
悬链线方程: )/cos(λλx y =。
B. 图象法C. 表格法1、插值法 对于一组离散点),...,2,1,0()),(,(n i x f x i i =,选定一个便于计算的简单函数P(x),如多项式函数,要求P(x)满足)()(i i x f x P =,由此确定函数P(x)作为f(x)的近似函数,然后通过处理P(x)获得关于f(x)的结果。
这就是插值方法。
2、曲线拟合 选定近似函数P(x)时,不要求近似函数P(x)必须满足)()(i i x f x P =,而只要求在某种意义下(最小二乘法原理),使近似函数P(x)在这些点上的总偏差量最小,这类方法成为曲线拟合。
§1.1 多项式插值问题的一般提法 1 插值法的概念:假设函数y=f (x )是[a ,b ]上的实值函数,x 0,x 1,…,x n 是[a ,b ]上n +1个互异的点,f (x )在这些点上的取值分别为y 0,y 1,…,y n , 求一个确定的函数P (x ),使之满足:P (x i )=y i (i =0,1,2,…,n ) (1)称x 0,x 1,…,x n 为插值节点,关系式(1)称为插值原则,函数P (x )称为函数y=f (x )的插值函数,区间[a ,b ]称为插值区间。
2 泰勒插值:人们熟悉的泰勒展开方法其实就是一种插值方法,泰勒多项式:n n n x x n x f x x x f x x x f x f x P )(!)(...)(!2)())(()()(00200''00'0-++-+-+= (1)与f(x)在点0x 邻近会很好的逼近f(x)。
泰勒余项定理:定理1 假设f(x)在含有点0x 的区间[a,b]内有直到n+1阶导数,则当],[b a x ∈时,对于式(1)给出的(x)P n ,成立101)()!1()()()(++-+=-n n n x x n f x P x f ξ其中ξ介于0x 与x 之间,因而],[b a ∈ξ。
所谓泰勒插值指下述问题:问题 1 求作n 次多项式(x)P n ,使满足n k y )(x P k k n ,...,2,1,0,)(00)(==,)(0k y 为一组已给数据。
易看出,上述插值问题的解就是泰勒多项式(1)。
例1 例题分析:求作x f(x)=在1000=x 的一次和二次泰勒多项式,利用它们计算115的近似值并估算误差。
解:x f(x)=, 2/1'21-=x (x)f , 2/3''41--=x (x)f , 2/5'''83-=x (x)f 100=)f(x , 20/10'=)(x f , 4000/10''-=)(x f , 8000000/30''=)(x f x f(x)=在1000=x 的一次泰勒多项式是 x x x x f x f x P 05.05))(()()(00'1+=-+= 115=x 时75.10)()115(1151=≈=x P f 根据定理1可估计误差05.0028125.0)(2)()(2)()()(200''20''1<<-<-=-x x x f x x f x p x f ξ误差小于十分位的一半,故十分位及前面的数字为有效数字,所以结果有三位有效数字。
修正)(1x P 可进一步得到二次泰勒公式20012)(2)('')()(x x x f x P x P -+=721875.10028125.075.10)()115(1152=-=≈=x P f 005.00006328125.0)(2)()(2)()()(300'''30'''2<<-<-=-x x x f x x f x p x f ξ误差小于百分位的一半,故百分位及前面的数字为有效数字,所以结果有四位有效数字。
泰勒插值是一种有效的插值方法,对函数要求严格(要足够光滑,存在高阶导数),要计算函数的高阶导数,而高阶导数的计算对计算机来说就很困难;另外,计算过程不能形成机械重复的过程,不利于计算机程序实现。
§1.2 拉格朗日(Lagrange)插值 1 多项式插值的存在惟一性:多项式导数易于计算,函数表达式简单,计算机易于计算,故考虑用多项式函求 n 次多项式nn n x a x a a x P +++= 10)(, 使得:P (x i )=y i (i =0,1,2,…,n ) 。
根据插值条件,有:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++==+++==+++=n n n n n n nn nn y x a x a a x P y x a x a a x P y x a x a a x P 10111101000100)()()( (1)显然,这是一个关于n a a a ,,10的n+1元线性方程组,其系数矩阵的行列式为nnnn nn n x x x x x x x x x V111),,,(11010=注意到插值节点),,2,1(n i x i =两两相异,而)(),,,(010≠∏-=≤<≤ni j j i n n x x x x x V故方程组(1)有惟一解n a a a ,,10,于是满足插值条件的多项式存在且惟一。
定理 由n +1个不同插值节点n x x x ,,,10 可以惟一确定一个n 次多项式n n n x a x a a x P +++= 10)(满足插值条件i i n y x P =)(。
从理论上说,由方程组(1)可以求出n a a a ,,10的惟一解,从而确定)(x P n 。
但从数值计算上看,当n 较大时求解线性方程组的工作量较大且不便应用。
解方程组(1)需计算n+1个n 阶行列式,每个n 阶行列式为n!项之和,每项又是n 个元素的乘积,需n-1次乘法,所以求解需要)1(!)1(-+n n n 次乘法,当n 较大时,计算量非常大。
为解决此问题,现已提出了不少构造)(x P n 的巧妙办法。
2 Lagrange 插值的基函数构造法 首先讨论n =1时的情形。
已知1010,;,y y x x ,求x a a x L 101)(+=使得111001)(;)(y x L y x L==显然)(1x L 是过 ),(00y x 和),(11y x 两点的一条直线。
由点斜式容易求得ii i y x l y x x x x y x x x x x x x x y y y x L )()()(10101001010010101∑=--+--=---+==其中,)1,0(),(=ix l i 具有如下特点:⎩⎨⎧====1)(;0)(0)(;1)(11011000x l x l x l x l称其为线性插值基函数。
)(1x L 可以通过函数)1,0(),(=i x l i组合得出,且组合系数恰为所给数据y 0,y 1。
再讨论n =2时的情形。
显然)(2x L 是过 ),(00y x 、),(11y x 、),(22y x 三点的一条抛物线。
仿照线性插值基函数的构造方法,令⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧----=----=----=))(())(()())(())(()())(())(()(120210221012012010210x x x x x x x x x l x x x x x x x x x l x x x x x x x x x l 其中,)2,1,0(),(=ix l i 具有如下特点:⎪⎩⎪⎨⎧=========1)(;0)(;0)(0)(;1)(;0)(0)(;0)(;1)(221202************x l x l x l x l x l x l x l x l x l称其为抛物线插值基函数(如下图所示)。
于是,∑=----+----+----==202120210121012002010212)())(())(())(())(())(())(()(i ii y x l y x x x x x x x x y x x x x x x x x y x x x x x x x x x L最后讨论一般情形。
求L n (x )使得L(x i )=y i (i =0,1,2,…,n ) 。
令n 次多项式插值基函数为:∏--==≠n j i j ji j i x x x x x l 0)()()(,),,1,0(),(n i x l i =具有如下特点:),,1,0,(,0,1)(n j i j i ji x l ij j i =⎩⎨⎧≠===δ。
于是,满足插值条件的n 次多项式可以直接写为:∑∑=∏--====≠n i ii ni i n j i j ji j n y x l y x x x x x L 000)()()()(我们称L n (x )为Lagrange 多项式,)(x l i 其Lagrange 插值基函数。
思考 给定 x i = i +1, i = 0, 1, 2, 3, 4, 5. 下面哪个是l 2(x )的图像?3 插值余项 如图所示,其截断误差R n (x )=f (x )-L n (x ),称为Lagrange 插值多项式的余项。
定理 假设f (x )在[a,b]上有连续的直到n +1阶导数,且在不同插值节点n x x x ,,,10 取值为i i y x f =)(,)(x L n 是经过插值样点),,(iiy x ),,1,0(n i =的Lagrange 插值多项式,若引进记号:∏-=---==+ni i n n x x x x x x x x x 0101)()())(()( ω则当],[b a x ∈时,有如下的误差估计:),()(!)1()()(!)1()()()()(1)1(0)1(b a x n f x x n f x L x f x R n n ni i n n n ∈+=∏-+=-=++=+ξωξξ证明:因为 ),,1,0(0)()()(n i x L x f x R i n i i n ==-=于是可假定)(x R n 具有如下形式:∏-=---==ni i n n x x x k x x x x x x x k x R 010)()()())()(()(将x 看作(a,b)上的一个固定点,作辅助函数∏---=-----==ni i n n n x t x k t L t f x t x t x t x k t L t f t 010)()()()()())()(()()()( ϕ容易看出,)(t ϕ有n x x x x ,,,1,0 共n +2个相异零点,且在[a ,b]上存在n +1阶导数。