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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 |正序浏览
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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:
4 d7 S) {! c! jfunction fp = fitpt()7 Y8 q; P6 {; n; S6 C
    % 最小二乘
% n& A. T  C6 {, W3 c    % 基取 {1, x, ...}
' V1 p0 s* _2 e  H" W    % fitpt.m" C( U* Y7 p8 Z0 A
* E1 f" f" ~* X4 p: U# n7 n. R
    % 默认算例为课本:P65,例3.2
: v) c7 j; H0 J, o0 n+ B    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
: f& K- p& O6 V4 L" @- ?    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
, R+ T- a! b# C! Y; m2 j6 B; K    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
( V1 n; z0 w7 v- o7 S) U
1 J0 ]( M; T7 z    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)% _# q7 M. U8 p2 w; B3 }

2 z* k+ h. L1 \* X, h  v' Q6 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 N. o. a3 t" R- W$ G    if isempty(s)
: A7 x1 M4 L6 n4 @: c' w/ l- @: P        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
  W8 d: t7 B7 `6 |1 G    else
3 f1 b3 U! r# i9 B! R# {: v        if (s(1) ~= '[')# H5 t- f/ Z9 i+ w0 T8 W
            s = strcat('[', s);  w. N* ]* Q8 \2 c  E
            s = strcat(s, ']');
1 C2 ^! u4 q1 ^, T  x. y; V. f        end
3 g' ]; M; c: j    end
$ x) R9 a* B7 ^. c- ^    x = sym(s);
- ?5 [1 K8 z' ^4 W1 W% {5 g% I% C! P) U, B+ a
    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');! y) t! A! Y( f) D$ ~% W# j/ U
    if isempty(s)4 `$ I- M5 U8 R# _$ U, u( Z8 s
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';, P' [3 L1 t; e% O! W% V
    else! e6 e+ u8 C: H- I1 t
        if (s(1) ~= '[')
' t# y) O' r" V; a            s = strcat('[', s);
% \. Y' Z" D3 c% H            s = strcat(s, ']');! z4 M/ c1 b5 s, N) w
        end
3 B% Z" ?& ]. v    end4 A! z  }# S# Z+ N
    y = sym(s);
+ ~9 r6 M8 e( s1 _: e    sz = size(x);: N0 M* r- w( Q2 K$ {
    sz = sz(2);0 \' P% P" F% E. b; F3 E
    n = input('输入多项式次数n:');: ^1 C. X! P# |3 M3 C& a. m$ J
    if (n + 1 > sz)6 P7 e1 v2 b% h( ^
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
$ N* s9 f! L2 L  a: l    end
( d$ M% l, ^5 [. d. @2 g/ y    if (n + 1 > sz), k2 z  K, z4 M3 Q% I5 i7 c
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
, N3 B( m3 ?2 Z  q- y* |" h. t    end
/ @* P. a2 ~: Q) T+ h8 G1 t% I    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
: @; x6 F; R1 ~* [5 y
: [2 V3 ~8 q( i1 l# z    % 绘制原始数据点和拟合曲线  e, z! i) l# K, o
    plot(double(x), double(y), 'r*')% @" _4 E0 x* t8 _- ?+ f/ m
    hold on
6 y1 A, R) N# J' W3 W- W; H# b    a = double(x(1));2 L4 c8 `" d' Y. I0 [# [+ s
    b = double(x(sz));3 o, t0 _& T3 D' s/ W4 y" N5 b, S
    x = a:abs(b - 1)/100:b;' W" u. C3 O, ?$ T
    y = subs(fp, x);
( l4 ~2 h  i4 s% K( X3 C    plot(x, y)
0 \0 B; S- o/ t* L/ Q3 E5 h7 B: ~end! n9 Z) F0 u) w3 y" Y9 Y1 z0 o
. I, m* ]# E4 M. v* p( A
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
& S' B4 f9 @8 L1 u; M' A* s" n
' R6 D5 S4 J/ F3 tfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
, E" _: z$ x% v! ?9 p6 J    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法' Y4 }. q! b9 p4 T# i7 n- ~
! W: B5 D- Z( \/ o# [$ q2 l
    sz = size(x);8 H6 |" w7 M3 U6 Y9 x
    sz = sz(2);/ f- u' @" `' g9 u9 n$ J
    A = zeros(sz, n + 1);
2 \/ M. r" N4 @' U! J1 h4 e2 }    v = vh(n);% c$ r, ]/ x/ e" m; C- \0 B* y
    for i = 1:sz
1 w, I: E6 I4 x3 }) K( z! w        A(i, = subs(v, double(x(i)));/ I& F# s; p0 s4 q5 s% C( w: d$ [
    end( Q6 g. J; V. Z- S1 U! c. d
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
, d' f" p- Y: V0 |* P8 R    f = vpa(f, 4);4 Y' `" b1 f4 F* p* \, y
    f = v * f;, f) D" r0 y1 ~- u; V. @; J; ?
end
  }5 u2 j5 d2 M. J6 Q/ `4 o% T8 H0 S" o6 H
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%: I( Z$ @; e1 w* r3 T0 D5 X% V9 D
- O4 |! Y' b! R' F" T; u
function v = vh(n)
% i2 o, z' Y2 e5 \8 q* `    % Create vector in horizontal style, such as
4 o% X$ h+ p8 q: V  P5 S. M& Y5 N    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]2 F8 U4 }, ]9 C! h
% ~% @: F/ x9 l  n( A
    if (n < 0 || n > 9)
3 E8 ?; C. s( i9 w' ?        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]'), D+ w1 v& U4 k- n% ?
    end
4 l2 H& r' t2 _$ J* h    s = '';; q, Z$ J& w- S. Z2 {- ?4 w6 d
    for i = 0:n7 L- U, u6 m4 t3 p' r" l- j; V
        s = strcat(s, ',x^');
" k9 u! a* C; Q3 J, S; o0 X        s = strcat(s, num2str(i));
1 n0 J- \% F* G' t! N    end
+ D/ E& b6 V( W3 q- B5 z    s(1) = '[';. u5 o( H: l. O- A1 U6 q* \, u, F
    sz = size(s);, d( \* |9 C6 o1 G
    s(sz(2) + 1) = ']';" a* K( I2 f/ P/ z; T$ O: Y

4 Q9 C  k9 x- f# z4 A+ W/ y9 i' R    v = simplify(sym(s));8 }, @. C9 r- d
end
8 A$ B" X: c5 ~3 x  q1 y) H. W4 z: J3 W" t5 }6 l. C' X- i" c, O
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。
0 J, \$ ~( w9 S1 ~0 I( k
4 t, r  b) J5 a8 t/ f3 N
% _* Z2 o6 m$ A
zan
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