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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:
0 u6 ?% D$ K7 {2 ]) J& |* gfunction fp = fitpt()8 ?% u& h- C& L7 Q$ D3 M6 _# ~  A
    % 最小二乘: \( e7 `+ H" ]( |" F4 r  y
    % 基取 {1, x, ...}/ [0 b$ v+ m( i: V5 M7 ?
    % fitpt.m
  |0 e& n3 P9 z, l3 b
9 G3 V. x" x8 x1 p' \, }# }    % 默认算例为课本:P65,例3.2
# |1 |' q6 S6 _" [; }+ E6 X    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]4 l6 f8 C# f! u- \+ `. A1 Q9 x+ {
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
, q7 K! {  b$ E9 D* q0 @) _3 N    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
- t2 Y) Z8 ?) c4 o! ^' L1 g4 ~$ Z# T0 c/ S* j
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)4 R# r  D8 O8 ]

  n% t+ b3 r6 F  _+ 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');
" \% f; O2 l6 I    if isempty(s)4 L' V- k. F$ ~) \% f4 p" L8 P
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';2 [1 Q& {- {5 E) w! T7 ?
    else' m- t: R% l4 j" J& e
        if (s(1) ~= '[')- {8 |: q  s/ E3 }. g9 @% Z1 U
            s = strcat('[', s);* m" e- g3 v& D' T, t" u  M
            s = strcat(s, ']');
" \4 s. V0 d# E0 Y" i! F2 L2 `        end
- G3 p, @0 X. l7 z5 i$ |    end
) N5 G/ G/ Z1 ^% `- z* t    x = sym(s);+ ]1 m9 x7 V, N" |4 N, \, N
- v" @3 }. V4 M. [# |  P2 `# y) \
    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');9 D1 Q1 P, a% x: [6 |( x  e
    if isempty(s)
; T5 i* d7 C2 N8 v3 ^" [' J7 q        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';4 T; h' I! @- L* t2 }( f, t
    else1 j+ M& P; F, J' \- p1 k
        if (s(1) ~= '[')
0 d' t  q) F6 F            s = strcat('[', s);% }& D' `* q' u# F; V
            s = strcat(s, ']');! S# x% l4 H& T* V, H; k; O/ }
        end9 i2 W, t: c$ A/ ?- E
    end
. U  B4 ^5 @9 E! f    y = sym(s);  P4 v& i4 O- J* y7 C
    sz = size(x);' o/ B* W( {; c: B9 \* F  m7 f  \
    sz = sz(2);
6 o+ x4 A( w) b4 b. Q. n4 _/ R/ q    n = input('输入多项式次数n:');
9 j+ X: C9 l) E    if (n + 1 > sz)
( P& ^" q! k8 X7 p( E        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
- d! X: }' p: ]5 F. z    end2 |0 j7 C' g6 ?$ ~' N' _
    if (n + 1 > sz)
; o2 o. s) {' R& I9 ~        error('多项式次数不能小于已知点个数!');* R$ v1 E: r- K0 X) S1 F, K
    end! ], }6 Y8 M4 |2 f
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);6 {7 R/ H  ]5 K* E! Z* j

- }9 d) F# {" ]! D5 r! \( ~    % 绘制原始数据点和拟合曲线
8 D  s, u* m* r3 g    plot(double(x), double(y), 'r*')
8 j' e- q. Q- _7 t) E    hold on" W5 s: y& y! g* E
    a = double(x(1));
& t& c4 ~- b" v  w  Z6 o- k2 S    b = double(x(sz));
3 d7 C: i  I( y" e3 ?6 M, u    x = a:abs(b - 1)/100:b;5 q  _9 V) P6 s9 g0 E6 K. U% u9 {
    y = subs(fp, x);# j' O* D* h8 r/ L% \
    plot(x, y)) {1 B% T+ _( ^  [: f% m. b
end
6 j7 p* S# O+ u" ?
/ ~- H  R! ~- b# N3 ^% N% A%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%5 d7 }* r5 g0 P* D( k+ o

3 J1 z3 k. O: |& K, H8 _( Vfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
3 i' n- x- j4 E8 H9 v    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法' A- B# Q0 ?: Y# X

* Z* u1 G: Q6 n' N0 j    sz = size(x);+ o# d. {4 O0 b* i
    sz = sz(2);
9 q" Q- _- V$ q% b6 }    A = zeros(sz, n + 1);
* ]! D' k5 i, q% Q2 [  `; D: \    v = vh(n);
* h. {# _, C* Q5 n3 N, {    for i = 1:sz
: Y8 s( A/ p& p% c        A(i, = subs(v, double(x(i)));3 K8 A- Y. B" P  Z  g8 T
    end7 Z* E3 X  O: ?1 e8 f* h
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
$ Y( m( p! h8 a& D3 ]2 t    f = vpa(f, 4);
8 O$ z/ O0 x+ U    f = v * f;5 ^! o; w2 U6 D
end: u; ]; z% ~6 S2 M
# C" L; b& R; k" H5 I. F( p
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
2 ~$ h/ K% {! H* w! r
; d, d# e. J" Lfunction v = vh(n)
; s( F. T1 X6 C- d" ]% C    % Create vector in horizontal style, such as
3 l) m+ O+ W5 o( k    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]5 c' u2 S3 t/ k7 B3 L
* W( {  h5 [- ?. l  U* y- f
    if (n < 0 || n > 9)
7 D6 g; l4 |7 I: S        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')) L6 Q9 \/ c' L$ t* p$ d: I
    end' R3 W( n9 t$ f! L& _# P+ e
    s = '';
2 l9 W$ U+ Q1 t) |- \, M    for i = 0:n/ `' z9 @0 i) ~! S  k* O' }, M
        s = strcat(s, ',x^');1 D  D! F& t4 \: H
        s = strcat(s, num2str(i));/ d+ D5 R" W0 m$ O9 c9 m+ v. j
    end2 L* `5 b8 ]6 K% u. E4 D" G; _# _
    s(1) = '[';$ ^& j- ?0 L8 Q5 V, m
    sz = size(s);# R6 r9 Y3 a5 }3 L
    s(sz(2) + 1) = ']';4 y4 U& h3 }8 h. U
  i" A! @0 @0 n6 H' a7 v
    v = simplify(sym(s));9 c2 {1 L3 s# A- I7 ?
end( b( Y# w- x9 g
" j5 X+ M( j) k
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。
" {# B& R# m$ r5 N" Q$ ~" W1 R' `1 v/ |& n" o  Q# \" p4 Q1 I

- s8 K  L2 H: E' i1 E
zan
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