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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:9 j' X0 |9 O5 i+ H
function fp = fitpt()
! q2 o  N, A- m    % 最小二乘$ K" x. y2 ^0 v  ^3 p& b, x
    % 基取 {1, x, ...}
1 n% s  q& t7 `) K; ]5 V    % fitpt.m
2 R8 s! V0 F: y* q
# @/ `( M0 N* [. C3 q9 K. P    % 默认算例为课本:P65,例3.2
. }3 u, T4 `" Y. e7 L0 ^! r0 ~    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]1 y2 U' ]5 D6 \8 a
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
0 [* H' c; L7 U/ |: p3 T) @  K    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
: F, a- d% |2 W8 P/ O$ @0 ^/ t0 I6 G+ ~6 y( y- W
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)( c" e, l# `+ e! o/ `
6 i) G8 e! x$ V# Z2 g
    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 Z3 B' E1 `- {. n# {: j    if isempty(s)% Q% j- b0 W7 Y: A3 P! I/ w
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';3 w8 y  X% L: [4 z. p. u
    else3 K2 W' L/ J8 u4 `$ o! b+ M
        if (s(1) ~= '[')+ N) L  n% J0 k- j$ Y- n
            s = strcat('[', s);
6 x" L6 ]2 d. U            s = strcat(s, ']');! L# x6 |9 o! Y  }) w
        end
, z: x9 u" M+ o2 s! {2 w    end
- l9 n& W0 Z, Z7 C    x = sym(s);
3 U4 M- h! x4 z* F0 i1 n2 z6 o6 s" U  C7 h
    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');
, ]) B6 l1 X: O2 W    if isempty(s)
# U; R  E1 \9 z" X# s; B        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';+ o% l+ R3 x+ ?" S( e* l* H
    else" v  g6 e# T  x  ?
        if (s(1) ~= '[')8 k6 H  R  X# L3 G3 F& m% [9 M0 P5 c
            s = strcat('[', s);
$ X$ H' @; [3 ]! d9 P; k" T            s = strcat(s, ']');' y3 r  ?9 x" ^3 F
        end7 S: I, f& O/ z
    end
& l; A  A9 A$ ~! C* H8 N6 q    y = sym(s);
  _" F/ o) G1 G$ Y9 W    sz = size(x);
" A, s& D7 C6 L. w6 K$ }/ D- @    sz = sz(2);0 R/ A4 t! \" J$ K& S. b& [
    n = input('输入多项式次数n:');& ^- S" }, M7 _/ x4 `
    if (n + 1 > sz)/ [- ^0 `8 z5 J/ Y* ?$ N' s
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
  r' S' R" p. e$ w; j0 K    end" b" G# H- @/ y* X3 ?- k1 Y0 q* n
    if (n + 1 > sz): p* v5 E# f/ l. i* j4 n1 s% y% _
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
+ c& p0 }, b# E    end
5 w% g  u1 K) G% i; X, g' C    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
. B6 G' Q$ O% ~
/ G' k& ^4 M7 h5 b    % 绘制原始数据点和拟合曲线4 k2 `3 K  R* @5 ?) [4 r! [; u& Z
    plot(double(x), double(y), 'r*')
! |3 E! q! G1 L+ D    hold on' g- t4 s2 q4 C$ C$ j' T/ T
    a = double(x(1));' f- ?9 L* S3 X& U& u# ?" |3 q' w
    b = double(x(sz));+ a% Z: y3 ], E: @: |! f
    x = a:abs(b - 1)/100:b;
$ g6 k% w& G8 G! N' ~9 S3 |+ o    y = subs(fp, x);
3 w  m" ~) Z! @1 ]6 T4 J& g. M    plot(x, y)' g: z; u  t' T; d5 z$ l
end5 u* L& e# N) V0 v8 h& f

8 c, ?9 }6 e2 o: ]+ P' y%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% K" r, U6 t; x0 D% h

& w  k% h+ }& a" kfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
2 H+ [: ?" [4 T+ o* ~    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
4 Y. O' u* r8 R0 |, j5 P6 u3 P
: K* r5 b) o% `9 m    sz = size(x);
9 h) ^4 U) a- j+ l, P    sz = sz(2);. t6 e, T: @: z' o1 q5 y
    A = zeros(sz, n + 1);
9 H7 W- N, T5 l1 O: `7 u0 F    v = vh(n);
5 Y7 f$ z6 B2 r9 @' c4 C    for i = 1:sz
+ X. t" i8 ]( X# l* X" D        A(i, = subs(v, double(x(i)));; U$ J  [, O0 I( u. N$ y( V
    end/ C/ t7 @2 \# ~3 D
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
; k/ i, b' _' X, @% \    f = vpa(f, 4);
! p$ V, Z3 ~1 W6 ]% p5 ?    f = v * f;
. \% P+ q0 b% k/ V! s$ Aend( ]9 {  P- [  I/ e2 Y* f" H

) U) Z1 M6 w" ]4 I%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%. D' G* ?- `# ~) j4 v* o

* q3 w' e3 L3 z& W1 i4 Kfunction v = vh(n)/ ~  P2 N6 X  C" Z, \' V
    % Create vector in horizontal style, such as
. s& ]& ]+ g6 h9 l0 x3 a  q2 C    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
( E8 o. X0 ]( w3 X# {- Y
/ ~. ]% P; ]; z, |% y4 S4 s6 m/ G    if (n < 0 || n > 9)
$ A! n8 z6 l4 v7 ^* g- y3 V. @6 y; \        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')0 a0 m- E4 s* Y  D
    end7 ]& P& j% z/ ^" C5 V  R# N
    s = '';
: g3 W+ R% q: f  J4 V    for i = 0:n
, s/ y  I" W4 l& h2 G        s = strcat(s, ',x^');! m- z$ W# \: F# P
        s = strcat(s, num2str(i));% r7 s7 ]5 a+ [2 X, _. Y
    end
( S- ]$ y3 c, k0 |1 V    s(1) = '[';2 O+ B9 L5 h9 J' |
    sz = size(s);! u' \" I0 M, A6 `3 S
    s(sz(2) + 1) = ']';
' v7 V1 x, k, m" C: g( E0 i9 ~- ]+ X0 [  t
    v = simplify(sym(s));
9 i) K" T' l  Q. D: H" a6 Vend: _, J  h1 \. `5 g  f
, v; _  l% T  ^; o2 f7 t9 Y
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。8 y, j& G1 r2 E) T

+ j; m1 }% {0 R( p: v0 F1 v+ U8 }  \
; D) X5 x$ e# D% Y" m1 V
zan
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