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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 X6 n+ E+ Y$ L0 G; ]: O& Lfunction fp = fitpt()
$ }5 n+ p" r- j4 g+ g" L6 k    % 最小二乘
4 z/ Y) f8 `4 f: |2 D    % 基取 {1, x, ...}
9 \, n& ~9 H  A% S3 T7 C3 K2 U( h9 e    % fitpt.m
$ ?7 A  c; K! {; M/ _1 G6 f( _( y5 p9 `
    % 默认算例为课本:P65,例3.2
+ i! e% j6 j8 ?    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]6 z& V& q6 Q4 Q; J0 P
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]) ?9 y  N9 X; ]6 ~
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162& z, L9 D. {- L- Y! D+ e, Y8 P% H

6 o0 l/ i( A$ f+ h6 n    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)  y0 R* u% x1 g

7 h$ _  Z, `4 N7 Q5 ?( c. ?8 z    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');9 w4 L" y; R+ [
    if isempty(s)
2 @+ N( C8 L$ _7 ~( `; y+ a        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
. |- p: i3 i+ ?5 d! ]# m7 R    else0 e) Y# s+ Y. w
        if (s(1) ~= '[')
. O5 h* I+ r5 Y8 z# c            s = strcat('[', s);
, O; \) t- w' @: n2 Z4 ~) w            s = strcat(s, ']');5 t8 Z9 G: C1 z- l
        end
3 m: r* a- J3 A) J    end
3 Q# H8 u5 ~& w& {( F6 ~* D. L2 a    x = sym(s);
( [9 |( E  ]+ `" O8 G
3 d! z! B9 n: A, c: y( 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');% G- J1 B2 H& _. o& {
    if isempty(s)
  h* ^/ X- |( _0 m( Q: C6 ^5 W        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';; o0 ~+ P9 o7 n3 n8 R0 n* F! Y$ ^
    else
# @; `8 H- s! E        if (s(1) ~= '[')
* I4 g& @% j5 C  T7 G/ \9 A            s = strcat('[', s);* B0 G1 O1 N% E5 U$ B
            s = strcat(s, ']');7 O1 {) {+ ^) N6 e
        end2 d0 M( q3 W- e+ N
    end
2 C. K& M: C$ K1 M    y = sym(s);
1 y' a$ k" O  Z: T$ v3 Q    sz = size(x);
5 e. |; {' `+ Q" }; ^6 K  {; u    sz = sz(2);
4 w+ W" N& Z9 l9 O& W    n = input('输入多项式次数n:');) ^2 u$ c# y5 Z
    if (n + 1 > sz)
) L1 t* X: x* h+ H        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');5 x2 T. G9 D" K
    end; ~. r2 f6 m) b8 S0 }
    if (n + 1 > sz)
( L$ L/ U9 [1 y, r9 f, {        error('多项式次数不能小于已知点个数!');$ }# U7 V* t. B4 u* N$ G+ m  c
    end
8 E6 Q# ?$ V0 _3 K2 v/ m3 v    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
9 a2 _$ ]9 G7 `) B8 X1 M/ H" B( a# Q3 ], p
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
! }; Z/ l0 f' p7 z0 u    plot(double(x), double(y), 'r*')
7 ?; d7 p2 D9 Z( \$ M5 m    hold on
  ~% Q& {6 Q6 A, v# {. a    a = double(x(1));
  x  j  G4 B- J2 J1 X6 H    b = double(x(sz));3 y# r1 V! b3 s6 @) `7 u- T9 J
    x = a:abs(b - 1)/100:b;
* K. \  n( S5 H& x. Q2 L    y = subs(fp, x);$ Z8 z' o7 u/ M/ O
    plot(x, y)- t  m, v& b- G# X0 ?: {
end1 _0 u/ |5 ]6 ?6 ]7 P
6 [# m1 k1 J9 ~3 ~0 e
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%( e' ^& G  G! i, C3 l- k- P

' N, _, j% {* K; t5 c# Efunction f = s_fitpt_p(x, y, n)9 b/ i; k0 m* l1 ~. K5 s7 H
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法0 B6 O- t1 _. ?' r/ t

# k2 |0 D; ]) E    sz = size(x);6 X' j+ d. \# \
    sz = sz(2);
# F7 E' J' H% [1 P    A = zeros(sz, n + 1);0 D6 y3 l8 R& ?/ P  G, C
    v = vh(n);
' ^# n3 \, t9 M  E    for i = 1:sz
: H' a1 J$ L* `        A(i, = subs(v, double(x(i)));! \' ?, p  K% ]2 Z% I2 }
    end
+ @, b: _& y& C# I    f = linsolve(A' * A, A' * y');# r% r3 r/ _, V8 h% B
    f = vpa(f, 4);
8 U/ |; j& |4 h. S* ~    f = v * f;% u7 i( Y. ~1 W0 n6 @
end
! k3 @+ D9 W# d1 _" A% C2 a
0 Z( _6 U  ]3 X; A+ o%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%$ ]! h0 w( O( m

9 b& h$ x# S; P1 Pfunction v = vh(n)% t- `1 J" D5 g! g) h. \) z
    % Create vector in horizontal style, such as
' h; ]! L4 V, S    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]+ p3 P& Q0 K" a: @: A

/ \9 C5 S- w7 P( E1 m9 ~+ U( R    if (n < 0 || n > 9)
* q, W/ R+ d0 n# n  s; x# f- I        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')& o/ \6 L6 Z0 M' E' I
    end6 `- x9 d' u( q4 z
    s = '';
. c* m6 W# @2 d; y2 x( z" U    for i = 0:n1 @5 s0 C  l/ h5 M2 q
        s = strcat(s, ',x^');  z; A+ |. {! b9 j5 |- E
        s = strcat(s, num2str(i));' i7 l; I. ?2 R/ T8 K( h! B
    end3 Y, L; a0 ?; S4 h5 p' G
    s(1) = '[';5 j; ?( r0 R0 p) Y) V! z. S1 v. h
    sz = size(s);- g  C; S" d7 G- r9 E
    s(sz(2) + 1) = ']';
% ?& ^2 p4 R7 s% j. V$ j; k& k% M8 A8 R" c/ B0 g
    v = simplify(sym(s));
  G! x/ w" _8 a* X, t- |1 V; t: r. Z. wend  G0 j; {& v. T
1 V( |+ b# J, \' F: s
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。' c/ v5 Z, y8 U4 h6 I7 x+ [( [) i
* E; Q/ V- @, j) x2 C$ u7 ?

: k- k9 y2 G9 e" X7 e0 J
zan
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