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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 F" M& y# p. t
function fp = fitpt()
7 Q9 \: [( x  \: h1 W! P9 D) L    % 最小二乘
) O5 t3 A7 t5 `* u) g    % 基取 {1, x, ...}
1 ^, `! I2 n$ q* V1 Y- k    % fitpt.m# E6 R% k- S: @1 M( \4 [$ d
7 ?7 l4 x9 V& M1 S
    % 默认算例为课本:P65,例3.23 q( i! w6 @! z/ X
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
1 L/ a1 B$ n+ v    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]$ N6 [( @: i$ n% s
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162! a0 Z- X3 X1 r' f( t

; W( z) S; a1 y/ ^3 A+ w2 K! h' g1 `    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
/ o3 }4 W. S7 i; c+ @' g0 X5 Q: L9 |! `! U1 Z( R
    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');5 @: ~5 Z- V3 T' i( a! `
    if isempty(s)
8 s" D% Y" ?7 D1 d( ]4 A  {        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
" T# l5 n2 w$ t  F1 `1 s, t( V    else& l, k/ r) o$ s4 d0 @5 N6 w
        if (s(1) ~= '[')
" k& q1 ?) h2 u5 Y2 J            s = strcat('[', s);2 F+ _* n: A! j0 Z
            s = strcat(s, ']');7 {/ y5 [1 Y, y  h8 t
        end' y/ f$ s+ P) K) E  a% l8 }- O4 ]" k4 [
    end' g' z. z6 z% Z3 M1 \7 q
    x = sym(s);
* A) t. j/ b" J6 c' A5 I. u6 ~) M& x: Y; q
    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');! C3 _# `5 S) P. `# r# O& R
    if isempty(s)( D0 d  \) h9 i+ j$ D; ^6 a  C# i4 D
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';3 u6 U$ F7 v4 }/ N9 P/ C4 O
    else
$ j  ~# I9 H5 L  ]7 H        if (s(1) ~= '[')
* v5 p- d0 n( R            s = strcat('[', s);
1 K/ n  a  d! g$ ~) I            s = strcat(s, ']');" H) ~" q0 D- P" m0 F1 z4 d& w5 q
        end/ l  ]7 M3 \; Z+ _6 r
    end0 ?! o# j  o1 _; n
    y = sym(s);- i# D9 v- I$ j5 |
    sz = size(x);3 U% T; A$ ?( R! E8 Y" O
    sz = sz(2);- v3 i" e) X7 B$ Y0 S+ Z
    n = input('输入多项式次数n:');
7 _3 R; Z  X/ Q- j$ t    if (n + 1 > sz)
( H* ]/ A/ Y% o8 _  v        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
5 o+ `. S! @9 Y" t% l: t6 Y# x7 q    end
! B5 G  d2 a/ L7 l5 q7 ~7 U    if (n + 1 > sz). l  c# |  h, p2 v) _! J
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
  V4 N: B  H* m) H; F2 H8 Z    end3 B7 D3 C; k0 K+ S5 L1 E; i
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
- f' h" M6 p7 P( h- `4 R) \  K7 A. {) @" L4 J1 x
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
1 T' ]! q9 O9 L4 i: w    plot(double(x), double(y), 'r*'). M7 n( O! ^( y$ K! ~
    hold on
2 C7 O  q, Y/ @1 ]/ |. M4 {    a = double(x(1));
% Q6 `  c# H/ T1 l    b = double(x(sz));
. @  `+ B: e9 G" R1 t    x = a:abs(b - 1)/100:b;3 W* n, }, [# ?6 v& O
    y = subs(fp, x);
+ ]. T" ^/ ?2 Z/ c/ k' C& j2 K, N    plot(x, y)9 G6 g5 ~% k4 H/ {  _
end/ P) b9 Q; j. I2 b

1 K* q* M3 P/ ?. Z6 d% A. T%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
8 L7 U2 F: e1 D1 ~- V$ ^' J
. C# N$ A- O. f0 C2 m) f2 x2 ~3 rfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
+ C( E/ p# q3 Y    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法2 w6 {" |" q' x- S9 c7 m# l" \
! }8 q7 v) ]/ C; k9 ?+ P: N' Q4 s
    sz = size(x);2 I! B8 k+ j' \2 ?' `6 }
    sz = sz(2);
/ ?( Z1 h2 d2 d, @    A = zeros(sz, n + 1);
8 o+ ?9 @# R5 o7 m    v = vh(n);
+ k7 m: D; ]! b5 ?3 v7 |$ E    for i = 1:sz
, x6 n+ o6 T0 J. J- c        A(i, = subs(v, double(x(i)));
+ O3 \+ U% ^% p* N+ ^' T    end
! x; g! t# z) E; E) w% E    f = linsolve(A' * A, A' * y');
4 E$ g% G  U+ y% P+ l1 J    f = vpa(f, 4);
8 z% v/ h3 N( g9 \: \- o4 }+ V5 G    f = v * f;, N7 ~3 o, h- |7 E" v. o- i
end
" k: U+ U) Y9 e; x* N. H0 a2 X; Y$ m, U
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
- A  l, r; ?8 K0 u' |) Y+ w$ k( t0 W2 \
function v = vh(n)
) G6 L4 o: o  a# O4 T    % Create vector in horizontal style, such as # l0 w' p. `5 b( O) ~$ _3 s  s
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]8 }" }; g9 [( W5 P9 j8 V3 c5 I
% I" j3 E# B$ ~: F' ?( y$ }2 H6 S- b
    if (n < 0 || n > 9)
, T$ u: v9 F- v/ j/ |        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')$ U" ?! `( O- O& k( ]: {
    end+ z2 j4 O2 Y# ~3 c5 D
    s = '';
) {1 j, t5 U7 h    for i = 0:n
/ l4 o) c$ b4 i- R( ]) u        s = strcat(s, ',x^');
: {% G7 Q( u9 D4 i        s = strcat(s, num2str(i));- k: q5 @6 l3 n0 _! @; t6 y
    end) G% [. f! D! L7 D
    s(1) = '[';# E2 e  l$ ^/ y
    sz = size(s);
. H- g" J% J8 Z+ t! @# v    s(sz(2) + 1) = ']';+ n& i7 X; |; b1 G& u

2 a* x8 j- `+ K1 ?  p" j    v = simplify(sym(s));
4 L5 C6 O8 c2 v  @$ n( qend& Q  P8 m& V. V8 ^+ w. I, `+ q

  a: Q* V2 R3 Q% D+ y6 G; Z5 @! I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。
/ A; R6 _6 s$ [, t7 _6 L' L2 {% H& M: V

+ q8 z  m4 o0 S4 C
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