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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:
' K; P3 i0 ~- |function fp = fitpt()* R# T/ M* J& v/ n
    % 最小二乘+ u$ @& a! A2 K' {6 t9 A5 u
    % 基取 {1, x, ...}
( C: i( w; K- _3 ]( y4 u    % fitpt.m
) z. @4 o# ~" c) s' D7 D
5 n  x* \7 g$ i" c- c( l( e    % 默认算例为课本:P65,例3.2( f" E3 H8 [$ p% g5 Z
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]$ w* V% o, N+ F4 R. \4 Z" ~" U1 P
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
  F0 @6 O7 t7 @: K5 ?' |( W8 X4 P    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
" H% ]% y5 ^: l0 Z  T8 y
+ b6 y6 e! j+ U# H4 ~# S8 ~6 |" s    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)) B  q* ]+ L2 U7 {0 c; h

( e0 n# s+ F2 D3 F    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');# ^3 Y' X9 I. m
    if isempty(s)
/ g* G: r7 ?! u2 k$ {) J        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';: U, v& m$ D3 _- z. Y" h8 B* {
    else6 Q0 J5 z" D: t8 b7 ~9 d
        if (s(1) ~= '[')1 t% H( Y7 [5 [% V& b
            s = strcat('[', s);
- d7 f3 t5 w( ~+ Z, M            s = strcat(s, ']');! ]: q' u: d! W: L. L% p# v+ X
        end
) E2 W; x( ?% |( \; @5 V' @  C4 Q    end8 u# y, E. d0 f. R) V
    x = sym(s);
! q4 ?2 Q3 \  _5 z/ [6 a, g* u8 h7 l2 c5 P5 H' ]0 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');
' N" }4 ~. x6 i0 m& E4 e    if isempty(s)
5 y) `* ^1 x  b7 [& o& H5 l        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
: w- X( f% x! O    else+ i) X& j) H( b* v- l& j) R7 b
        if (s(1) ~= '[')- a6 N8 ]/ m' d3 {
            s = strcat('[', s);
1 a# A2 p& X) ^            s = strcat(s, ']');
3 \6 I2 A( f) M8 [0 v+ N" j& [8 s        end* T- \, ^1 j& a$ A! k2 L
    end" m* S) r3 b* Y, `9 l0 m
    y = sym(s);
  f9 a9 }2 ?. i3 G5 N    sz = size(x);
. C& h, N" T3 X, A    sz = sz(2);. D/ c" m& o0 e( h( W' k
    n = input('输入多项式次数n:');# c2 B2 y4 t+ t1 f3 s/ Z
    if (n + 1 > sz)
6 H- h8 u% C- T% x        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
( n  s1 O8 W, a: I; J    end3 j$ F8 O* `  K( i. E8 Z; n& P4 ?2 Z
    if (n + 1 > sz)6 ~, K- w7 W4 H* N- G0 N
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');; Y# O2 a- M  E' o% F$ A8 p8 N- o
    end
! ?9 |* [0 Z! Z) Q4 k8 @9 C% G    fp = s_fitpt_p(x, y, n);( r& [# w1 [6 I/ ^' j
7 v2 L# _2 k! W6 M! p6 ~( G4 j
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
2 J- B2 ?$ m( b8 H2 u    plot(double(x), double(y), 'r*')9 }7 Z  N7 ^7 K, X/ U" W+ F9 e
    hold on4 k; j$ g: e; G' ^: ~6 W, I% ^7 V
    a = double(x(1));
' K# ]; F6 d1 E6 R3 v5 U$ T    b = double(x(sz));/ _) G7 ?) [" y$ O" P
    x = a:abs(b - 1)/100:b;! f2 _1 L2 p; }* T; n; ]
    y = subs(fp, x);8 N1 D/ g* k% y6 X& Q
    plot(x, y)4 v. T! z* w! |% U( p) C3 F
end
4 e+ \/ X( T6 h# _2 j
* Y7 X6 z' Y- I, f& e, Z' a* ~%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%1 ]7 W0 F" M. V; w' Y3 Z  q$ @' v

. T! Y' u$ @8 c# Y# q8 W- h7 ofunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
+ D: h, Z8 S* G6 q    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
+ n7 l- b  a1 T  I3 v0 ~7 Z1 N. @! {: M" D; E7 |
    sz = size(x);5 B8 \+ z5 I) m! G
    sz = sz(2);& r' v2 W8 v, J; |1 X
    A = zeros(sz, n + 1);
+ p* j1 `( Q2 P$ f% q0 U    v = vh(n);
% X3 q9 y0 @  q) }+ }6 A- }    for i = 1:sz: G& g2 A5 f% t  p% j
        A(i, = subs(v, double(x(i)));0 J  L3 C" p! @& F
    end
4 _# H1 @) S/ k6 F    f = linsolve(A' * A, A' * y');: V6 t! h" U/ T3 g0 Y
    f = vpa(f, 4);- r. ^6 `- K' [; m
    f = v * f;
& j, r2 u5 M  T( I- f& g8 s4 [4 V: wend
0 h2 s7 N$ m: e( ]/ k/ w3 s0 S6 K" c$ H# u; S7 O  U
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
! P$ G# t" H$ N; ?$ P# W- I  o  U' z5 R' S
function v = vh(n)+ [+ @. M, ^2 U6 S
    % Create vector in horizontal style, such as " f7 c; c  c  T  [5 Z) [
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]* i0 l* I; q' e# H; E; U

! Q+ a; S0 }4 R    if (n < 0 || n > 9)# K# u/ X# n& p" f4 D
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')+ |" J" C% s& f# ?! [
    end" Q- C+ u1 q0 n! T. a- M
    s = '';8 N, r/ s, ]7 d
    for i = 0:n# _) Q9 |: u+ P# ^
        s = strcat(s, ',x^');. F; ]* H( Z6 j/ v$ }
        s = strcat(s, num2str(i));
  b. Q) s- Q  A+ b/ t! W2 t$ w    end
7 a3 I6 ?- c9 ^; S" X5 q    s(1) = '[';
% ~) @8 G. ~  J6 n* M, g    sz = size(s);
6 q$ z0 s8 S; z0 C  c3 _+ x1 _, D) l    s(sz(2) + 1) = ']';
7 [  a6 R' X9 q. K  G  y- I: R
% y2 S6 k$ M/ F% p' g# r$ l    v = simplify(sym(s));
+ K3 l8 \6 Z8 \end8 z6 m3 e# [2 q- V3 w
8 V/ g# L6 S% p3 m4 r! X
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。
. }+ P+ J; Y6 A- H7 W  E( K5 d1 J2 K$ Q
0 ^! y! V  v) u) [$ b( @0 ?
zan
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