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ATLAB 脚本进行最小二乘法拟合

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发表于 2023-12-31 16:12 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个 MATLAB 脚本,用于进行最小二乘法拟合。脚本首先要求用户输入已知点的 x 和 y 坐标,然后输入拟合的多项式次数 n。脚本使用最小二乘法拟合数据,并绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。以下是对代码的主要部分的解释:8 U& ]* ?. t7 \3 E& Z  H1 m
function fp = fitpt()
6 k, d$ I  ^* I( }6 `3 X    % 最小二乘
, t- |8 _; O  S7 `    % 基取 {1, x, ...}* I! K: p$ J; @7 ?, Q" j' `9 Y8 E
    % fitpt.m: _+ Q: r$ k! M' n8 I: T$ C* w
% _8 M  n3 Z6 z( F) Z% O/ N% X0 d5 ]
    % 默认算例为课本:P65,例3.2, F& V7 R8 ]3 w- ^' d# T
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]8 \) t9 M. t- H- m$ c
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]) }5 N( f  Z1 ^' ?3 u+ g+ N
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
9 N& K# k1 C- y' @9 N" ~+ i; @$ s5 ^. W4 ?' y9 `- X/ v
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
% W0 e2 O5 I. S; ~( R. i" L3 V1 ]3 F8 L! [
    s = input('<最小二乘>\n输入已知点的x坐标:(回车表示[0,1,2,3,4,5,6,7])\n', 's');
& k2 s! ^, ^* x+ c1 q- h. h    if isempty(s)- L) w4 T7 O* X/ w" R  a
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
6 `  Z* o  Y2 y9 a  I' Q! [! Z    else
- D( c9 @- k: A- |+ M        if (s(1) ~= '[')
) A; J3 ^5 ~9 L2 r% q            s = strcat('[', s);
* t" K  I, q9 g( C) H9 u            s = strcat(s, ']');' Z1 G3 e3 ?9 B1 q+ |1 s& A
        end
4 \# S- t4 `& c    end0 K, C" [7 Q  Q# a
    x = sym(s);" O5 \) f, V; a. ?$ J; W

- V7 K/ c/ ]6 B$ b    s = input('输入已知点的y坐标:(回车表示[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07])\n', 's');
. f6 Z2 @- K, v: B# ~    if isempty(s)
- F! Z$ W- d2 @4 L        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
6 Y0 n8 R+ V' Y9 A! h    else$ ~/ M! B; ^* U- R- [  v; c
        if (s(1) ~= '[')) E# h: b; u. N5 X
            s = strcat('[', s);
) _0 w* O: N/ z- r            s = strcat(s, ']');
/ a" m' x4 G* x; Q& W, a        end6 d) [# a2 q5 A
    end7 g1 m# h, n6 F9 \3 v0 q  W
    y = sym(s);# l3 [9 q3 l' P- K* N
    sz = size(x);* B, h# Y$ {* \6 e0 W: G
    sz = sz(2);
5 {% I' t# t: f& B4 `    n = input('输入多项式次数n:');
* a. b$ Q4 A+ X; B3 R' |8 ?2 @" }% P& t8 R    if (n + 1 > sz)
0 g0 A7 G( l! W6 z: U5 \        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');- \3 G/ G: b$ L
    end
. H  h  C& }4 n  n    if (n + 1 > sz)7 Z3 o) }% o: Z& X6 |6 @7 W- d: C
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
5 n# k# g4 z/ b; f; o    end! [- w! g" W3 f4 x+ w9 f
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
6 q+ I8 {, |* z) t# d( L/ U. e3 D/ d) [0 W: _3 b
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
0 R2 u2 M4 V- s9 a4 {8 }6 \  \    plot(double(x), double(y), 'r*')
" M$ V& n! C9 l5 W    hold on! H+ A  ?! ~' D  G/ C
    a = double(x(1));& p! S# I, t- O) M/ [
    b = double(x(sz));) v# `6 s. o9 U) u  y+ k
    x = a:abs(b - 1)/100:b;' R5 V* p' |9 }- _! a" q
    y = subs(fp, x);
  I* W. w/ }" x5 k8 h5 F* I& N! u    plot(x, y)5 Q7 l/ z. B* q) G  z) u
end
* @. F* _3 z/ c# i- I9 _% |: B# x. h  `) d" e0 {" E7 |* r* s7 ?
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%$ o0 ~  Y! z3 |& s3 ~' T

, C" ?9 g! z7 n8 T5 @" U& Dfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
- p0 n/ T: b& y: D    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
: B% n( A$ A2 z
1 k, s& k0 u0 G5 l& T9 U    sz = size(x);
$ w% u0 h. O4 u: N" R" H; W    sz = sz(2);
+ Z# i( H" Z/ G- j, o# J    A = zeros(sz, n + 1);. e& P; ~/ W7 I' f, l# r8 e
    v = vh(n);8 C  W+ Y( G' e7 d5 r3 ], x
    for i = 1:sz
8 d$ R2 R# C, G7 s2 K4 e9 ?& q: m        A(i, = subs(v, double(x(i)));3 Y1 i, _; h& ?6 Y' j+ u
    end
1 Z( K1 M% }3 Q% Z0 I. v    f = linsolve(A' * A, A' * y');
/ I  c3 V( k: ?+ K% l    f = vpa(f, 4);: b$ o' z3 X3 n2 \
    f = v * f;  b& h! t4 T1 |" l' W
end1 K! y, c' b& I4 b# ?- P
' c0 ?. U/ ~7 ?; s
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
2 p0 L6 B) S" z  T) A
. d8 y) ^8 {! z+ ffunction v = vh(n)
4 N7 y/ H7 r4 a9 z/ c    % Create vector in horizontal style, such as + p9 L' `4 A/ O$ t( A5 @: G! h5 Z
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]: C& M2 t/ L+ f/ Q; H8 ^& W5 K
/ n( O9 i  U* _! j
    if (n < 0 || n > 9)9 A3 ~- u: b3 a3 Z" I
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')/ U3 ~4 r9 q$ Q: I# z
    end0 }3 {4 T# v: ]6 W, e
    s = '';
1 K4 A$ n1 w. ^5 g% d+ o    for i = 0:n, d. ~5 Z  [* M, @; h0 V4 U; V
        s = strcat(s, ',x^');
1 k% W4 b( I- P        s = strcat(s, num2str(i));8 v' m1 U) c) y1 |
    end
8 y+ C' N3 Q& S) Z' h* ]. ]6 z/ F    s(1) = '[';$ P. K6 S( B, |
    sz = size(s);
9 n+ W$ T9 }+ ]3 ?. E  }    s(sz(2) + 1) = ']';) }1 C) i" r) x9 l
5 q5 r# {* l5 D0 h- O' |# {: ]" L. G
    v = simplify(sym(s));
* `8 K% v3 s- w9 @' ]- qend' u& y% q- c3 C' Q! w+ c" W0 U

+ q# g8 m( U# @# a8 J0 v) s4 G这个脚本首先获取用户输入的已知点的 x 和 y 坐标,然后使用最小二乘法进行拟合。最后,脚本绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。
  p4 [, j, G' t5 h3 ?2 m
# P: d, M# H) S( X9 T' \/ g. V4 S- U, y9 I# G6 |7 i0 x
zan
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