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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:
: l- Y& _: G" r" l) i; Sfunction fp = fitpt()$ ?# I/ |& x: z& j
    % 最小二乘
9 J$ {6 ?; W2 ]! L( |# i9 \    % 基取 {1, x, ...}4 ?8 d* J: E; }' Z
    % fitpt.m9 M1 o4 {: F; G4 y/ u' s9 ?
6 W0 o) I7 S( y
    % 默认算例为课本:P65,例3.2( T! X3 y) H/ |/ R& e$ Y
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
. G* ^6 s# \& h    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
+ X8 U+ ]0 C0 W8 C- q    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
. {! a* W" Y- X, L* x- k" m2 Y* \+ ^. c; |
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)9 @  ^1 h' K$ _% {

: z9 Z  z0 z0 P% i* g    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');
  N  R* G3 F  s! m9 c    if isempty(s)$ y7 ^- E" B' U3 G
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
1 ?0 J  R- p: X    else, i- n6 c1 y! g; M$ Y& X
        if (s(1) ~= '[')
5 e$ g; U% W4 e! e            s = strcat('[', s);
$ w) O9 E" P+ w8 B            s = strcat(s, ']');
9 `2 A' ^9 a/ k, |. \        end! r* x* q+ ?4 y8 e/ v2 O
    end: M5 D( a6 i1 |' ]' R/ l
    x = sym(s);
2 A& \7 N% x5 A3 L5 }! [! U8 n# @. ^/ h5 ^# u" Z3 s
    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');# n0 b3 Q; Q+ W' E9 x5 M. b
    if isempty(s)
9 p6 P2 K/ z8 C! |8 h1 C" ~        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
) C9 f% O) n; l: M: {    else
1 t- Y6 J! e# h! B& b" Z        if (s(1) ~= '[')
4 j: p. z# H: x$ U/ o            s = strcat('[', s);5 ~4 T  ^' R1 J' s
            s = strcat(s, ']');, \+ c/ [7 ?* F8 @
        end6 B( {. C/ o2 {7 G3 \4 P4 B9 h
    end
3 M2 B& N' f9 T1 d$ c    y = sym(s);% A9 C' N( w8 N2 D) W, S& H, F
    sz = size(x);
. E( B& Q1 Q: O& u, A* `5 n$ r    sz = sz(2);& b6 z  I- h/ x+ p  d
    n = input('输入多项式次数n:');/ G: N; C& k( i% u! @
    if (n + 1 > sz), l( |/ m4 n9 {$ o0 ]! y/ |- m
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');5 ]* U' A/ I" K/ {. x
    end' P  v6 T. D5 ~
    if (n + 1 > sz)4 c3 Y- C) O, F5 m( W( @1 h
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');8 U" ^2 v; V0 ?" M; x7 H
    end" f( a2 ], B7 u( h
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);- [* A/ o) O, Q% T8 {3 r8 o
7 G* V% L1 z" j) J! t
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
- [. `$ A2 v: q4 f, d    plot(double(x), double(y), 'r*')
7 U8 L" w  M$ b$ P/ Q9 K    hold on# }" Y3 `0 F2 v  e6 q1 W5 \
    a = double(x(1));
% n7 R& U5 q" f    b = double(x(sz));
2 B/ p0 q9 ~: p! I# F) \. k) v    x = a:abs(b - 1)/100:b;
, L0 G6 r& ^+ P4 v1 v7 ]    y = subs(fp, x);: O, W8 B% ]* Q. m
    plot(x, y)
7 J8 V% ]8 {% Bend
8 D8 I; E- }0 h3 l# {/ Z
# N7 `; y2 z# N! P4 w%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
2 o( E% k* ]8 v9 w
8 Z& B' i" d2 cfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)) F5 ^+ p# H& Y& V9 S# L# @; O" _
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
8 V, F5 g( f; j9 @  j$ i
  J, b. n+ j4 c1 }    sz = size(x);
" H- ^4 }( t% G; z+ s1 [    sz = sz(2);' R; S! l: Q3 G6 L
    A = zeros(sz, n + 1);& o$ T' U* K+ q% F# d) N6 C7 a
    v = vh(n);6 f; z# I8 q% B) e  b, \: l( h
    for i = 1:sz5 Q2 s0 ?6 ?$ t7 H4 H
        A(i, = subs(v, double(x(i)));
+ X. ^" |( z: R: a' O/ r. J    end. [! u. x, R( i; Q; C+ Y
    f = linsolve(A' * A, A' * y');3 d) ?% Z2 s' N! _- V
    f = vpa(f, 4);. N! v" E9 y7 v# T" V; @
    f = v * f;' t% O3 A. i3 _5 v* h4 W
end1 {, d; f+ Q" k; C$ K$ Q& k0 h, G. ?

4 ]  p3 R2 s- Z' c3 s3 ]%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%' r# L3 T3 O( C9 g
& ^4 _/ g0 F+ C
function v = vh(n); G  L- b! H* {6 o
    % Create vector in horizontal style, such as
5 G0 `% ~, j  T0 \    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
! I4 S# D, k) A% b* q7 k  G+ }# R  k0 ]
    if (n < 0 || n > 9)
6 M8 R2 W3 P9 I8 v; d( i        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
& h. B& _3 E$ S  ?3 c& x% i0 r    end7 C2 G) \. |9 r  I; ]
    s = '';0 [) @% V" t- K
    for i = 0:n
) B. k& c7 V5 ?& b( Y: }: i        s = strcat(s, ',x^');
. ?1 a( r* K# n8 o        s = strcat(s, num2str(i));4 n1 d( m$ n' b; _
    end1 N; f, H0 a3 O5 A  G4 z. V
    s(1) = '[';
1 k( ~9 F2 P* l" A' s, N( d    sz = size(s);  g( G* a* q2 o) A$ Y$ ~
    s(sz(2) + 1) = ']';
0 T7 W" F% j* D( s; _" A: |3 B; u" m4 v  C- v1 ~
    v = simplify(sym(s));$ q3 w' a# I* H1 I" w
end6 a- j: s& T) V3 L! C1 ^
" z% }# U! S7 i7 ~
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。7 z" s! E( |4 G. z$ n( g
; J8 e: H) B$ {# n3 V, X, v
% a( E7 S* E0 i3 w4 o  b
zan
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