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三次样条插值法来估算函数曲线的导数

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发表于 2023-12-31 16:40 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码使用了 QQ截图20231231162801.png 。以下是对代码的解释:
! N6 X# {# ]  k7 O9 Y$ d2 E; u! y2 M$ `  }  d/ L! A
1.函数定义:; O# U0 Q+ p& k: U
/ `/ u4 l7 ?5 s7 v5 q; C7 l! F
   x = -1:0.01:1;/ U3 o; Y, I6 \- H) A( q* _
   y = 1./(1+25*x.^2);( d+ J/ B- I0 \# J/ ?% W+ Q; A2 h8 p
   y1 = -50./(1+25.*x.^2).^2.*x; % y 的导数
3 y* L& a/ L) M+ j' q1 ~1 L   n = length(x);
1 {, J; c' B! N" @+ B& x* b   x1 = -0.9:0.1:0.9;  X* M6 x8 {! Q* H
   m = length(x1);
% _' @6 E- E- m7 C
9 G1 j" Y% u' |9 m5 N" T- u这里定义了原始函数 y 和它的导数 y1,以及需要进行插值的点 x1。
1 Y8 G, w, H# x  \4 P! e; c( q8 f8 L& q4 V! _' Z
2.三次样条插值:
  c6 N8 ?" F* a
$ G  Z4 n6 C: T2 q& ]   for k = 1:m( L, z6 Q( u5 @2 N" C
       for i = 1:n-1
! W) S) s) s% `8 D0 Y  g           if (x1(k) >= x(i) && x1(k) <= x(i+1))6 K+ [- _1 x/ M; C& Y* @
               h(i) = x(i+1) - x(i);2 d# O% u; }! F! o7 U3 |
               t = (x1(k) - x(i)) / h(i);% O2 X  Y: U# u1 M: Y- w
               u1 = (1+2*t)*(t-1)^2;
8 t3 `6 H0 a6 K2 |7 \/ ~0 H               u2 = t*(t-1)^2;/ J7 C' F& K+ q: c0 f5 L1 J
               u3 = t^2*(3-2*t);
% x/ L7 f1 H3 o) j2 Z, o               u4 = t^2*(t-1);
; U) N& j1 C' K4 u2 L; d6 ^9 k2 g               hm(k) = y(i)*u1 + h(i)*y1(i)*u2 + y(i+1)*u3 + h(i)*y1(i+1)*u4;2 E3 F) }0 l- E6 s
           end
" I- I4 X  {- X. u       end6 y- I' N; \2 {+ f! T
   end
$ W8 r, O. m5 H3 f+ D3 E" I5 {' f# S: P" O' p! w: ~
这个部分实现了三次样条插值的过程。对于每个插值点 x1(k),找到对应的区间 (x(i), x(i+1)),然后使用三次插值的公式计算估算值 hm(k)。
* e( C) p$ L5 _/ h/ _- l6 G" y
3.绘图:
" _; K; W9 A  m) C  L! E3 r. Z" Y0 N/ n  W! x
   plot(x, y, x1, hm, 'r');$ k1 Y4 s3 A% ]% s/ H: T
   hold on;8 r8 c" C: n8 O6 |3 K0 {+ M( }

* {- ^: |+ Y+ e% J9 q) ?最后,代码使用 plot 函数将原始函数 y 和插值结果 hm 绘制在同一图上,原始函数用蓝色表示,插值结果用红色表示,并使用 hold on 保持图形处于活动状态,以便在同一图中添加其他图形或标签。
" \7 [% Y* i* `9 f这段代码的目的是通过三次样条插值对函数进行平滑估算,并将结果与原始函数一同绘制以进行比较。$ H# n4 G2 m. E; Y5 {
, P) P/ T% n1 e% u" P
2 _+ J% Y! W. i& [3 v9 T$ u9 l
3 j! d5 ~# @& C" V3 m9 V3 |3 j; A

hermite.m

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