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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:
8 |, B% P4 S* h; A/ Jfunction fp = fitpt()
! Q2 O! S" ]- R. L    % 最小二乘
& Q7 K! _/ _/ t    % 基取 {1, x, ...}
. R8 h/ L2 ~+ E# h* P% l# k' l    % fitpt.m
& V8 |* `- O  d& D- ?, h* B( V
; k7 T( w7 w* |2 C0 y. W    % 默认算例为课本:P65,例3.2
7 q" s6 m- n& B- z: T  o# x    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]# x! B+ x; T3 M% J# i7 Q
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
5 W0 W% L1 l6 @; j, v& t' |    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
% G# A! h! K& E) v  m1 {) z8 X4 J: e7 N- b  I/ W
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)" D$ C1 M" o5 O" H5 d
  ~4 |. @; @. Q$ T: |9 e4 H* }
    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');
0 v: B% ^2 J% w    if isempty(s)
9 B& \* f+ \% o, Z+ \6 v$ C& |        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';/ c* f) N. \# G( Z, x& a3 A
    else
. Z) F  n1 u4 r' F/ e& s) E        if (s(1) ~= '[')
+ ~# h. R  V$ f9 X8 |' W& w0 X            s = strcat('[', s);
6 A& t; d9 _0 O  I9 a            s = strcat(s, ']');. Y: K7 r# E: ^
        end
5 O: }8 [& X* p# t" c/ ]: q    end
: k: x$ x& \+ e" f, j    x = sym(s);
1 A2 N" u3 L# }* `' R# z* U9 j% u% o- A' B
    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');
( ~8 \( l- _, x    if isempty(s)
& {& \) |2 R" z, r2 H) J0 B        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';5 \( w9 N1 O2 P9 ^- n
    else+ T, ~5 h9 e  M
        if (s(1) ~= '[')
0 y& s4 t# o! m/ w# m( Q4 q9 ~            s = strcat('[', s);# \5 y7 F0 ?' O8 X" [
            s = strcat(s, ']');
' ]0 y, B4 q# v0 b0 {$ U        end
4 n+ |" @& Q# c: V; v4 T1 a    end/ l( H  v1 i2 \9 Z# k8 o4 S
    y = sym(s);1 o- [& U- j% W4 |* f
    sz = size(x);
/ B5 Z2 ~% F& A+ m    sz = sz(2);
+ D; U' F$ `0 i, l2 T" y    n = input('输入多项式次数n:');, a3 u, y6 ^3 V) f
    if (n + 1 > sz)
+ s- D& q6 q( u3 c$ F0 H: ~4 r        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');" F* N5 t+ w9 z7 F4 v
    end
9 s' L' t# x' y& O: M2 ]8 O    if (n + 1 > sz); I" N2 l* O8 h# Z) I; I" p
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');" q1 Z; }5 e4 K
    end
- H2 o+ p6 A1 ~, O+ \    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
2 N) f2 a* p, M: O& ]$ ?/ d( b: E
% m- l  d% e9 K# M  z    % 绘制原始数据点和拟合曲线
  q7 [: d7 W  j4 M  X1 k% s9 ^  R; p    plot(double(x), double(y), 'r*')/ a. ^3 n9 o8 E0 C6 l! G* x4 z
    hold on
& O" ^$ O2 W5 m    a = double(x(1));4 h$ V1 ~! }2 e5 N
    b = double(x(sz));
3 y8 _7 |8 M( b    x = a:abs(b - 1)/100:b;5 F; S7 m; ]! l  C" i; m4 L  c' V
    y = subs(fp, x);+ ~& u0 \/ N" u& k( I
    plot(x, y)/ K3 Q# \' z3 ~: ^$ s, ~
end. e  n& E. K# a

4 L# b; @( d; l0 y& a+ l%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%" |4 @5 }9 n/ }- H* [/ J

/ g5 x8 Y& T+ Ofunction f = s_fitpt_p(x, y, n)' t8 I3 s9 j6 Y# h' E
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法7 ^+ D  o' P* [: W1 u

1 a: |% t3 ~: c. @' j2 J' z    sz = size(x);
$ t% Z( u4 _! n2 o    sz = sz(2);
: a. c; A2 [7 x; m' X0 K# u) u    A = zeros(sz, n + 1);, X0 t# [; N% i% i  R2 i. x
    v = vh(n);
/ A0 L; d1 A" c! u" Y( f/ L: x0 v    for i = 1:sz
* u. f! Y5 B- A# g  ?) `        A(i, = subs(v, double(x(i)));
$ m* w- R0 r; Z4 @+ y, w: Y  d/ Y. X7 R    end) S8 L2 ~5 V  E* Y+ x7 K4 I2 d4 J
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
4 X$ u1 d& U8 {1 Z    f = vpa(f, 4);
/ j/ @' k0 P/ e, p$ Z% N    f = v * f;* R- i' d5 [$ p6 G
end
3 S) W( a; y. f, f# H( p$ G' g1 q
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
# v; h4 r  {9 [! t7 w
4 t4 x/ C9 a2 h5 _& `! v% Tfunction v = vh(n)
  R, c# J. V  l1 [    % Create vector in horizontal style, such as * c/ ~2 @% }. P- u- K& l
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
- ^% n( J* [: O% A: ~  ~, w7 J5 [5 p, G( m6 ?; [! J. {3 S' [' L5 z5 {1 ~
    if (n < 0 || n > 9)) D( a' m' b9 y$ H, K! I* X
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
, j7 z6 c5 Z& d  U' N    end" ]* B; S5 N; T3 H# Z! z
    s = '';& z# t  z3 E- x, h8 H  F
    for i = 0:n/ v# z- p; }* k+ b  j2 p) ~
        s = strcat(s, ',x^');  a9 j8 p5 M+ i; z9 N
        s = strcat(s, num2str(i));/ [$ \: F1 l' q5 c. E/ {
    end/ g7 t. p' c4 F1 W0 o/ t2 y, C
    s(1) = '[';
/ A) K- `* N1 Y( k  T1 j3 A    sz = size(s);8 Q4 |; m' q# V1 _
    s(sz(2) + 1) = ']';$ I- x# L% `9 y' J
  P5 S/ g7 s7 S( j
    v = simplify(sym(s));& j! \* o1 e3 k5 q4 B2 a5 b) }& w; W
end( z& ]+ m- m$ [* m% y6 |+ i6 o4 B

) _7 Z: D, U3 _) e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 t9 h. P: O
+ G6 p! I, G1 r$ K

9 o5 }9 P" d2 `" \! I/ A
zan
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