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三次样条插值法来估算函数曲线的导数

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发表于 2023-12-31 16:40 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码使用了 QQ截图20231231162801.png 。以下是对代码的解释:
% X3 c2 y8 x* N# }2 n1 s& ~+ W- T* ]3 x" P+ W
1.函数定义:# p  T8 L+ x# k0 j% f& A3 W

  Z8 ~# l+ Q2 E- g: o  l1 z   x = -1:0.01:1;& u- c: B7 K1 N2 S+ n& C
   y = 1./(1+25*x.^2);
; }. ~  u, c0 n  F$ ]- Y   y1 = -50./(1+25.*x.^2).^2.*x; % y 的导数
( _. C: I0 g* y2 S   n = length(x);
8 R: b: A% o8 o   x1 = -0.9:0.1:0.9;
$ `. _# m. e, A3 u+ B* U   m = length(x1);5 I# ?; Z; b1 h' U$ Q, k1 G

: ?$ Z6 q. h. D. _这里定义了原始函数 y 和它的导数 y1,以及需要进行插值的点 x1。, @  `8 o# u3 B5 [9 I6 r& z

3 z' L* h4 J( x4 n2.三次样条插值:
6 \, G/ m3 D* Q( U5 F$ K9 B7 N6 r& n$ n# \- C5 f& q7 s2 a
   for k = 1:m
1 A2 l; T4 D$ P; Y% F! J       for i = 1:n-1
' O3 h9 U2 {9 j. c% ?           if (x1(k) >= x(i) && x1(k) <= x(i+1))! u) U: F, b9 ^  `4 x
               h(i) = x(i+1) - x(i);
8 `) n, `4 ^7 L( V9 W               t = (x1(k) - x(i)) / h(i);& T/ `  r% ?. z3 r- b' F
               u1 = (1+2*t)*(t-1)^2;
, ^) q! K  C% d, ]               u2 = t*(t-1)^2;0 y( U. W7 U( X! o9 r3 n) t
               u3 = t^2*(3-2*t);
6 g* @6 F0 J8 Y) f3 P5 P               u4 = t^2*(t-1);% O* {3 Z6 q6 \( M; W- F* u, J
               hm(k) = y(i)*u1 + h(i)*y1(i)*u2 + y(i+1)*u3 + h(i)*y1(i+1)*u4;% \6 G6 e- q5 G2 R+ B; n9 h
           end
+ [' t( [. T1 U' N1 Y2 U* Y5 B       end
) J# t7 e8 O& d. W( }   end# [# ^: |) e' i

  V, d' |; d& a" p9 `* Z0 i0 W; \这个部分实现了三次样条插值的过程。对于每个插值点 x1(k),找到对应的区间 (x(i), x(i+1)),然后使用三次插值的公式计算估算值 hm(k)。- E$ z; q# S% j: k$ _6 ^$ Y+ N

/ B' U( R' h) F2 _; ~+ s3.绘图:3 Y3 i; ]4 j& i
& V" ^/ h6 `8 l5 e  n
   plot(x, y, x1, hm, 'r');
* f- y2 s1 \3 c   hold on;
; }& ^: Y' c: z9 o: @! b7 q6 e2 S9 I( E* r
最后,代码使用 plot 函数将原始函数 y 和插值结果 hm 绘制在同一图上,原始函数用蓝色表示,插值结果用红色表示,并使用 hold on 保持图形处于活动状态,以便在同一图中添加其他图形或标签。: N" F7 p' h$ g: x; M' o
这段代码的目的是通过三次样条插值对函数进行平滑估算,并将结果与原始函数一同绘制以进行比较。
$ T6 U9 j" f, q$ G: t  i0 W
/ C) ]/ Q/ p2 }+ M4 q) Z  k) a/ J' N4 s& ?  G' R$ d' e
" N+ ~3 j9 {9 ]7 W

hermite.m

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