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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:
' z/ ^3 g3 s$ H7 R8 F, hfunction fp = fitpt()/ t/ p/ S+ t8 z* R3 @; ]
    % 最小二乘- i1 o, V' d* i9 H
    % 基取 {1, x, ...}' g1 i8 ~- d" j, E
    % fitpt.m( m5 g) ?, T% T# [5 W

& A2 A" f! U( i    % 默认算例为课本:P65,例3.2
. w% u: B* P2 Y- }) K% d7 A8 a0 t    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]0 H7 G, B) Q! |6 D
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
% z: z" O" @# H' u  l    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.61623 s. e2 V. _! \; Z- H4 ?

5 U2 d+ N  C& d1 @6 P4 M    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)0 ~- w  }" {5 {2 N# d+ ~: P: E

7 ?- G+ J4 y- D2 @: }2 t7 K    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');8 Y' u8 o' H0 s% W& w3 t
    if isempty(s)
/ B2 m8 E: l- q6 `* o9 p        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';) i1 |. o5 F* [$ j) O. L4 A
    else
( ]: |, g# U' P' `        if (s(1) ~= '[')
) a" z5 e* `4 I# n* Z  N2 \1 \, V            s = strcat('[', s);! m  G( ?6 [& @" L
            s = strcat(s, ']');3 N/ c- Q3 a' ]2 h6 ^: f9 }
        end
2 y( |9 r2 }% s# l    end0 w, L7 C- L; ]- W, o2 q
    x = sym(s);
, f# ^, Y& R% _
! K9 B3 `6 H! K    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');
0 l2 r! h6 X! y4 e; O& P2 R    if isempty(s), X( [- v* B7 `, v4 Y
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';8 b# ^* d9 C5 T
    else
, k  Q8 d3 M  d' I8 c8 G        if (s(1) ~= '[')4 o; Q. t/ }3 _; K
            s = strcat('[', s);% t  L) Z# I  l: M9 g
            s = strcat(s, ']');
" G8 i9 Y) W" E, Z& x0 G0 L        end
$ @# a9 R: E0 E! l    end$ i: r1 y* G: G& }+ F' H! y; F5 _) S
    y = sym(s);
  l5 e% Z4 w4 U# w8 q3 B" `    sz = size(x);) k& p3 A' s8 D$ o
    sz = sz(2);* F2 T/ v; Z# D' [
    n = input('输入多项式次数n:');
4 A4 F6 Q9 J1 M5 W  u    if (n + 1 > sz): w5 F: Z/ P1 }) A, L
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
3 F" x; t4 J$ Q$ t, g# Q) I( D    end& L* x3 k$ O) u& X0 H9 v9 E8 _4 }
    if (n + 1 > sz)
8 V% J& D/ p: h0 U8 G        error('多项式次数不能小于已知点个数!');; y( S) j2 d. N2 ^) Y# `" R
    end
! P; U; P. R+ H% `! f9 q. G    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
7 q! x1 K8 h5 L3 M7 ~* A9 W8 M( b- N( L: w' V1 M/ t1 V. @
    % 绘制原始数据点和拟合曲线/ M; X, t4 E: e# a$ I) P
    plot(double(x), double(y), 'r*')
& {% ^* d3 E# }7 D, C3 u6 v    hold on6 P% h: s; {/ @$ o* b6 E# F- e0 m
    a = double(x(1));& {! m. R. g! }! x# \
    b = double(x(sz));
7 V9 ?0 |/ o9 Y9 J7 \    x = a:abs(b - 1)/100:b;0 a1 l9 M4 L7 B7 L, l. s; B
    y = subs(fp, x);$ s) l2 \, W& r' v8 Y0 R5 t4 p
    plot(x, y)9 \# A. J+ a, \; d
end
2 b4 Z  F: f, J& P) Q$ [7 F. g6 l; y3 e  B7 Z$ x% G
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
$ V; p) b* p4 b$ Q8 q7 V, B2 Q4 Y' H( x( V0 G9 K
function f = s_fitpt_p(x, y, n)& _' e+ p1 {0 u
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法9 K- p' R& l" N9 x# N

3 g) v+ B7 g2 j4 Q# p( t- G$ H  [    sz = size(x);
5 }4 U: |3 c. M$ l2 [# B) e/ s+ I    sz = sz(2);) ^4 o, K7 U" d) T% H
    A = zeros(sz, n + 1);; e9 F! L5 n' R1 y( N! Q' |4 \5 ?
    v = vh(n);
6 [$ ]! {1 d% n9 s    for i = 1:sz" k0 J5 s3 w* I* F& |6 F
        A(i, = subs(v, double(x(i)));; s$ O. j, v: I- m. I+ G9 o
    end
7 S2 F, J. q* s! c' H6 Q& H) |    f = linsolve(A' * A, A' * y');
( v: Q8 j$ t" K4 y6 b    f = vpa(f, 4);
7 X. x; C. ?4 F9 `; |    f = v * f;! ^, \3 ?' r! }! z/ t
end
! ^6 \$ F6 d2 l! D2 s, D8 V% K: W$ d
0 \6 u. {% ^0 U3 B5 [. O, w%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%8 W+ G; U* y$ A6 f$ C6 l& y" {3 @( X
3 f) S3 W2 P- Y9 {- U4 p
function v = vh(n)
( [& c' F! g8 ]) t% \    % Create vector in horizontal style, such as
5 f0 l& c( I  {; [" m# X( l; F    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]' o; @9 D& a: ?5 r2 u

9 i' B0 M' L7 H* c# J7 c% |7 {    if (n < 0 || n > 9)* d7 Q' g, |1 l& ^
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
  n: X1 P3 ?* W7 L5 C  F    end) F: S( N& w$ {' H: L
    s = '';
0 |0 |8 ~$ \/ J7 h" y0 r    for i = 0:n
4 o: M" ^8 o- v3 V- Y        s = strcat(s, ',x^');
5 \2 l3 S6 B1 i$ ]6 }- Z4 d        s = strcat(s, num2str(i));
, A2 U( |- a" [7 ]$ q0 f5 @9 e0 V. V7 ^    end
" f6 r1 H% e7 i    s(1) = '[';
/ r' Z+ O: V. K4 T6 V# v) S    sz = size(s);
5 r: g% `- [$ b9 f$ E3 `    s(sz(2) + 1) = ']';
7 r$ }. V# D; ^% a& {4 _
# B8 F8 o1 C8 d* L7 X; o8 b& U    v = simplify(sym(s));! v3 a. b3 y* Y! ?
end3 ?7 t! z% B5 B9 L6 k! v

/ w7 r& {" o. ~2 u" X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。
2 \9 z! ?5 y  C' Q' D5 }* a! l! s
! X' n/ ~# c& J. @: X3 O+ O- R
' ^5 j8 F: c1 i# V8 D
zan
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