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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:5 l. z" j7 t7 E) W4 x
function fp = fitpt()% @: Q4 H0 T/ v5 T( _
    % 最小二乘+ U1 j; r5 u7 E* v2 L8 ?
    % 基取 {1, x, ...}. Y: ^" g* ~! Q1 n: P: G) p* z0 x
    % fitpt.m
2 x. F. E2 ^& p$ V; J* c
# X5 {1 E! |$ S0 P) J, `    % 默认算例为课本:P65,例3.2! C% n3 ?1 }! G; c! X2 W0 }* o
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
+ j3 M7 p7 P: L' S2 ^- _" m. f6 X" c    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]1 Y+ Z/ a6 F0 A+ x+ T9 b1 }5 R
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162  Q' o: d' W8 s8 N3 ~* _

$ R- Q3 z! H; d    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)) i# d) S' X. ^

3 M0 U0 N; V4 B0 {    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');
1 h/ ~# M' P9 ^' G9 `- t    if isempty(s)/ p5 ?- x" }7 @
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';$ E8 H: p) X8 x+ P& w
    else, R4 g* G, f" O8 ^; c( n
        if (s(1) ~= '[')8 X8 B* ~0 s. J* V
            s = strcat('[', s);
7 v' V7 X/ G. T# V$ z' m            s = strcat(s, ']');1 U/ F' [& v5 ^7 O9 N* o6 @8 r
        end9 l0 ?! u2 b9 r% `5 P7 @
    end
6 c& ]8 F7 L! L2 S$ h9 R    x = sym(s);  w1 i; T: ^4 J1 b9 _
2 S* x- J. j, N# @
    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');6 h, H( T1 B/ M0 O8 F; k
    if isempty(s)
: ~: s* H9 D; S( W% X1 Z        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';9 N; E, k4 _. [, j; `4 n
    else! P* k- r( l. {" ~
        if (s(1) ~= '[')
6 N$ k, S, ?' N. W            s = strcat('[', s);
9 F* [( N  ~! }9 N- o; i" ~( v  f            s = strcat(s, ']');) Q& h7 n" L$ Y# H
        end
9 z  _. x4 ]4 H9 a5 H4 c    end. E$ @; p6 `3 @3 m' X( o2 q
    y = sym(s);% F: h0 s0 j4 P, |7 L4 q- ~1 ~) x
    sz = size(x);7 [" a* {" g4 @( O4 M
    sz = sz(2);
: k0 Z: w9 X9 ?0 o    n = input('输入多项式次数n:');
5 L) K6 T3 W! n: T* }% y    if (n + 1 > sz)0 u' J; F6 ]9 a! l: \
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
$ l$ {* ~" y; \4 S    end
+ ]* z: [$ N3 {- ]    if (n + 1 > sz)' Q/ }% r8 w- G
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
/ v- p4 Y# i/ H6 ?5 d    end
; W5 F" W1 ~, y, j1 _    fp = s_fitpt_p(x, y, n);& I+ f4 g9 j$ }2 r" i  g  v
( h. N: x! r" M/ M0 v5 x
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
3 O+ h) J2 F- W+ u    plot(double(x), double(y), 'r*')
* w0 o! M9 d9 M$ E3 o    hold on
+ x5 Q) U- z" E+ _) Q; V9 B    a = double(x(1));
. y2 s" M" F0 N8 m; s! m- q    b = double(x(sz));
% r* J$ L% N6 ~) g( m% t    x = a:abs(b - 1)/100:b;6 }8 L/ F% J  p
    y = subs(fp, x);5 d- s' m. f! ]; L0 X
    plot(x, y)
0 ]) }: M% a4 Q- K+ c8 Lend
; b7 R9 |% u  {5 C- x7 k
) T! Y+ `4 M7 v%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
4 S1 U7 b( ^* |, X2 [
. L0 X5 S/ v7 e" g& ~& `function f = s_fitpt_p(x, y, n)
4 X" B" X7 J* D0 b0 `- x6 D    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法- i, G1 o: z% z) W
( E5 @, [9 @5 |" o
    sz = size(x);
5 Q0 S5 _: G8 z* g4 ^" D4 q. i: U( ?    sz = sz(2);" M7 c% [( O% _$ n: K4 H4 U
    A = zeros(sz, n + 1);; ?1 h9 s: l1 h
    v = vh(n);
7 p% d& L: k- ^! \5 Y1 x6 o    for i = 1:sz4 u; G; J' ?- S5 V  e9 K3 |; n6 M5 G
        A(i, = subs(v, double(x(i)));
& T& x& e. D4 o, O% m1 E" A6 m; ]    end' Y/ Q, u; k* ?" |
    f = linsolve(A' * A, A' * y');- D6 E! q6 K: L
    f = vpa(f, 4);9 [( g. e- R; ]% e- M
    f = v * f;9 e& H4 n- R7 K+ r" Q5 a9 ~
end" y5 ~1 P+ f1 A8 h" J/ m; W4 m

8 l. \: T+ C! j* J9 F2 Y# ^%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% [8 J+ H  A* O. D) W0 ~
+ q- m0 u. T/ x0 T) t, G6 hfunction v = vh(n)
! M1 p1 X- @! s9 h5 _( B8 s9 a- \    % Create vector in horizontal style, such as 2 M# X, x, A7 X) e
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
) ^- ~. l& L/ Z, U! y( P
5 w$ x: n, p+ _; ^9 j1 J- M! _& q    if (n < 0 || n > 9)
& W1 ^. ]2 p4 T        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')/ E. y# c2 O; c" h8 }; x- Q9 f; m
    end
; {! }% r1 V6 {& x  D    s = '';
- L9 z$ _4 D7 b8 o1 t3 U    for i = 0:n, q& H' J2 J* |5 `$ m7 u
        s = strcat(s, ',x^');
6 c2 q+ h) L# v- o0 H4 V5 k        s = strcat(s, num2str(i));
  C: r9 ~1 h- ?- ~& P: R0 T    end: k( \/ ^. q3 i
    s(1) = '[';" I9 V/ P! K, ^% \* s  |/ A) L0 R
    sz = size(s);
% q0 Y0 s0 V4 g2 @% b# g4 j    s(sz(2) + 1) = ']';  c, l" ]/ K  D9 `/ m! v) n& j
2 u: ~( V+ p: k8 i
    v = simplify(sym(s));
- j9 R  t  n/ g! ]* G  s0 h  iend
! c$ k6 `8 ]5 g9 L9 v4 n  S9 |1 w8 t# r9 }5 w
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。
6 O! d- K/ K/ N) C. y! o% ]! E9 _6 b' d) ~% t2 \& ^
9 B/ @, w, `! T7 a& L% |* m
zan
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