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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:
" n# a+ s/ |2 f. a/ t. C7 yfunction fp = fitpt()
" s1 |3 U5 }" O+ }    % 最小二乘4 `* q: N! T, P! x$ D5 ]
    % 基取 {1, x, ...}
: ?  m8 b3 u6 ~; M% N* Z+ B" O. G3 i    % fitpt.m
7 V1 D( X- X( R' K6 X
! i  n. l: a0 i2 I+ N    % 默认算例为课本:P65,例3.2) [- f. Q3 v7 l2 ?. s7 a2 B
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]" f4 k8 D" y& `7 [/ o/ ]0 g
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]4 j  E# O8 c, b! C
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
* k! u0 M" G0 r# F# x
7 ?1 i! \; S1 s6 u5 L! d6 x, i    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
; q  b! b6 L8 `8 D* x$ K. r, a+ i8 O7 y. H' c" h
    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');. H! {" G1 a( E8 m" L
    if isempty(s)
% v; E- m$ H, @5 t9 H        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';4 E& c1 ?* E; B7 m/ M5 Y6 v
    else
' b$ i" `* m/ A        if (s(1) ~= '[')
& g5 o% q& N5 V& M7 Z            s = strcat('[', s);
6 m. Z6 Z' b% S+ T" k) w            s = strcat(s, ']');# q6 t; v; F- U& s/ D+ ~+ h
        end
6 \' Y; n1 @  q0 t1 l# i/ y    end
( \8 g+ h9 L! S; T- s    x = sym(s);8 o4 S! E$ ^! j% D

6 y3 p9 X9 i$ o9 Q: P9 O    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');! l& x6 e8 W2 m6 A* i: n8 y$ t
    if isempty(s)
" y, c: B! t1 [+ l7 T+ ^        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';" w8 x7 s' q1 b8 K- d- C2 |5 L
    else
' x1 U& [4 A+ B        if (s(1) ~= '['). f1 {/ _- c3 y
            s = strcat('[', s);
) U$ k0 R1 _# J5 M% ]" q2 O" i            s = strcat(s, ']');" C2 `. _* P+ i9 Y
        end( |% x# l$ b- B, ]
    end
# m- O5 _8 y& ~6 N% p" v    y = sym(s);  H: h+ X; c1 C6 \, p2 ~/ L+ v8 w
    sz = size(x);/ V5 g# t& ~& Q( _
    sz = sz(2);
& N8 {1 k/ i; Q( M; z" V    n = input('输入多项式次数n:');7 U7 n7 J/ o6 O* p# Z0 L' g
    if (n + 1 > sz)6 v6 e# z; _1 v4 m, z
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');% |- n- G- x- n
    end
0 m, q1 h0 C1 J/ ~! O5 h    if (n + 1 > sz); E8 c) e' ?" n+ i6 D  R- h
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
3 R& ?+ t- h0 S  p    end' s/ h5 M3 ~) I+ [
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
9 Q1 h- M  X1 r( k  }2 f' r. }1 p* I; M3 p* b5 J1 ]- Z# w
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
! V+ I5 E8 W& \" x. s( z" _    plot(double(x), double(y), 'r*')
: r2 m: k3 ~7 `6 X# z    hold on
4 [) b3 e5 ^0 w3 N    a = double(x(1));$ p& A+ P  \3 J. \+ \
    b = double(x(sz));
) N4 @, ?0 `' n8 X    x = a:abs(b - 1)/100:b;
9 m2 |5 O& U" \* l; G6 O. b6 [, W    y = subs(fp, x);
! B! I. m" v' ?8 H8 c- o! x    plot(x, y)
% b' B: V8 T: d* Send
& V9 U# E  p7 X/ R! O
, q7 i5 S8 U: g  T" I% M: E%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%: N& d# J2 E+ N+ D5 p
& N! E' i! Z' K. _/ ]% H
function f = s_fitpt_p(x, y, n): W4 l% n/ _  r' n3 ?, W! f+ ]
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法. x' H& ~) E& a4 t6 m) s4 O

2 E$ n& v& A8 M: Q/ K    sz = size(x);) V' g' _3 z( n: r5 U2 m/ k* W
    sz = sz(2);
3 B3 a5 i: _9 K) N& C% P    A = zeros(sz, n + 1);- h, M7 Z2 g7 F5 h- X6 E% ^
    v = vh(n);" \9 s1 G+ O1 b1 F$ E
    for i = 1:sz& K, M% G  v: i, P
        A(i, = subs(v, double(x(i)));
/ J6 ?% f: W( \, u% ?6 g( v    end+ A5 f/ o. n# |& [2 R+ y, e
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
2 K' ^) V. x# ]- Y    f = vpa(f, 4);  F; d+ a; B& i* b8 r! f
    f = v * f;
; p' v% K$ Q5 z& W  D7 Uend! Z% H  B% \1 [9 s$ f' G) F  u* [1 J
. u3 x6 h* j) v1 [$ K9 r+ E" e9 E
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+ d0 c  k/ T9 l7 X+ D, A' v" t5 L- R5 J* M# b: @
function v = vh(n)8 m: U. [8 g  M4 O; C7 H$ |: w
    % Create vector in horizontal style, such as
5 }3 }* h% F% q: r+ i$ r" f$ A0 ]" L    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]& v, g  W' j% A, u; }( n
9 u& w9 u: l  p. S5 I/ j
    if (n < 0 || n > 9)
) Q$ a# B# R2 w+ N8 G5 m5 g' w        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
3 I2 ^8 r5 [7 |3 V) \1 I! [6 j    end
/ Z3 h3 q) V4 F$ t9 j5 M* x1 l6 P    s = '';
) A+ \/ m! I2 A2 j5 W4 T& p    for i = 0:n) c# `- O: d3 Q4 b# s/ f# k+ O2 f6 Q
        s = strcat(s, ',x^');( P: f5 }+ T7 Z
        s = strcat(s, num2str(i));( }8 G, k. W  X3 g! @8 d- W
    end
  R/ Z/ [9 j" ]" {9 U$ |6 e0 t$ t/ \    s(1) = '[';
3 z+ d5 F& H: i    sz = size(s);
( h0 V* _, N' ~% P& f1 D) w    s(sz(2) + 1) = ']';9 F8 \$ W& W$ \0 a* o+ \3 C
, W- i" ?' X" w8 l2 `
    v = simplify(sym(s));; U- S1 X( r; ?' c; D8 L
end
5 O, _7 V1 W$ ~0 ~# @0 p0 `) C% [/ a4 y: e. G- j
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。% ^9 t, N3 i5 P9 A4 J

" C" {  I1 [& V, h. v) F* e+ o3 Q' ^7 @6 k9 S
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