数学建模插值法——三次埃尔米特插值&三次样本插值（笔记）

杨利霞

数学建模插值法——三次埃尔米特插值&三次样本插值（笔记）

今天学习了插值法的matlab实现。
1 q+ u! n$ |/ x我们接触过五种基本的插值方法，有拉格朗日插值、牛顿插值、分段线性插值、分段三次Hermite插值和样条插值（三次）。

插值法在数学建模中的应用：数模比赛中，常常需要根据已知的函数点进行数据、模型的处理和分析，而有时候现有的数据是极少的，不足以支撑分析的进行，这时就需要使用一些数学的方法，“模拟产生”一些新的但又比较靠谱的值来满足需求，这就是插值的作用。

3 ?8 }3 d2 q7 _7 v7 D* R一般来讲，数学建模中主要用到的是 分段三次Hermite插值和三次样条插值
$ C0 |7 H# ~. O) c而matlab中都有对应的函数（感慨一下：matlab真强大！）
7 N9 L' R4 j9 K这两种插值的matlab实现也是本文的重点。

* O1 D5 g( m- L$ P+ J接下来先来用数学定义简单解释一下 分段三次Hermite插值和三次样条插值给有需要的人（便于理解）
1）分段三次Hermite插值
① 埃尔米特插值多项式：插值多项式要求在插值节点上函数值相等，有的实际问题还要求在节点上的导数值相等，甚至高阶导数值也相等，满足这种要求的插值多项式成为埃尔米特插值多项式。
3 g3 |) C! O" B% ]1 `（直接使用埃尔米特插值得到的多项式次数较高，也存在龙格现象，因此在实际应用中，往往使用分段三次埃尔米特插值多项式）
' J. h9 ]5 Q. h2 l② 分段三次埃尔米特插值：
& r6 k0 I' h, z
( e" C5 ~& a1 t
5 A' K( V; a  Q8 N+ E2）三次样条插值函数

其次，再用matlab分别实现两种插值法
# ?1 _0 E6 V8 S1 |" S6 |这里应用背景是：MathorCup第六届A题 淡水养殖池塘水华发生及池水净化处理
这道题中，附件2中COD、溶氧、PH值等数据均是隔两周采样一次，数据量不足以用于建立合理的模型，因此要考虑现有数据进行插值以补充数据。具体附件截图如下：

接下来用matlab进行数据补充实现（注：叶绿素A、B、C以及CA2+、MG+等数据不做插值 ）
$ o8 ^* j4 v$ V7 Y
这是我写的代码：
1、三次埃尔米特插值（spline函数）：
（1）代码部分：

（2）运行结果：

4 O$ v! a/ q9 h1 ]
2、三次样条插值
（1）代码部分（pchip函数）：
3 j( E2 u2 i% `1 _. M7 Z/ K, B; ?
; g8 `# {" O% K5 z/ w# S; L
$ y& {' n: j/ g5 B0 o6 S（2）运行结果：

) o+ |7 v/ M0 @2 P2 C- K
经过两次试验发现，大体上三段埃尔米特插值和三次样条插值插值效果相似，三次样条插值生成的曲线更加平滑。由于我们不知道数据的生成过程，因此这两种插值都可以使用。
0 W: |# Q% z! I  G
注：以上内容均参考清风老师的数学建模视频讲解
原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43793141/article/details/105176616


* I- K* Y# q! D$ t

chace

谢谢分享 努力学习
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张迪迪.迪丽热巴

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xiEnqing

听说回帖加体力~