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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:9 C6 x- R+ y2 d) m% ~1 p7 s
function fp = fitpt()
, x, t2 z% I9 ~$ z" A/ X. r    % 最小二乘. P5 A3 A" ^4 C
    % 基取 {1, x, ...}
! c+ ]7 U5 \; M    % fitpt.m9 ?* _1 f/ U: c, F3 }6 }9 n

/ i1 A2 T) b- |    % 默认算例为课本:P65,例3.2
# i2 L% {% O5 m    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]9 W# l0 l+ y; F, U0 C6 v$ l' S
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]% X9 I/ Q' c& n3 ]# L, s
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
6 f+ }# P( J" h' \. e* ?8 _
! B) X2 @/ @+ x* q9 D    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
; f' F7 U) c& D+ W5 K  q
2 T  T3 n- Z( H& ~! k/ o/ _    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');, J6 J6 H/ E& N" Y7 i: y
    if isempty(s)$ h( \- Y$ y% `! a' q, M) n' z
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';) t+ [% u& A. g) Z' Z' S
    else% j$ b: Z! q, |" w: ^# C, o
        if (s(1) ~= '[')+ R& a$ o% M- A! F" q6 g6 \% [: a) F
            s = strcat('[', s);) z! z1 a+ m1 e$ n
            s = strcat(s, ']');
6 ?3 X" n2 k* T6 x, x        end) g! o! ^( O5 ~3 \; M
    end' T  ]) E2 u$ L! s; c, J3 I
    x = sym(s);# K, }2 O. [5 T- N; J! ]

) b; i$ x8 _+ H, H" p* S+ k    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');+ E/ S8 f+ _, n; L9 o" B3 v
    if isempty(s)
: o5 t; {9 T/ U; C! N        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
" D% _, v' x- g) j; @; B    else& B, @4 \" ^+ Y4 q
        if (s(1) ~= '[')6 f; N' t7 Y* ~9 \* |
            s = strcat('[', s);
% C5 a7 |, p/ d2 W( [1 t            s = strcat(s, ']');! A  t6 W3 {) F( j9 z( d
        end
3 k3 g! T0 |$ M% A. B) s. {    end
9 m7 P' |+ d" R9 D    y = sym(s);
* Q- L3 J% B& C& X+ q5 x( u    sz = size(x);
% i) t: T: `1 V1 R) ?) L5 A" H* o    sz = sz(2);6 f& N7 N/ F' v  R
    n = input('输入多项式次数n:');$ j3 i& J1 w5 A- H
    if (n + 1 > sz). [" A/ x( q! L7 C
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');  Z. ?: a1 ~! E! d$ ~
    end
0 o' h+ q+ W6 L7 M4 h) Y    if (n + 1 > sz)
9 ]5 n  w/ E* n+ i8 z# f" n9 H        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
3 L% I7 E# v& C% w% f3 `    end# H: Z- F6 q( J7 m* D% I
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
& T/ f9 t' W4 Q. T5 T9 L8 t6 s" j
7 K  X- `/ x2 g/ R+ q    % 绘制原始数据点和拟合曲线8 Y% ], [8 y; `( m0 k1 y# G! T
    plot(double(x), double(y), 'r*')0 U) \4 J) k% M; A- a% y- Y. e, y
    hold on- k: J& H/ w* C% g- n; \. v
    a = double(x(1));. F2 y/ C3 {7 f) z
    b = double(x(sz));
- z* p; `4 p/ s# W5 c& G    x = a:abs(b - 1)/100:b;
4 R( D% I" r$ D. M. v- G    y = subs(fp, x);
* a. x6 `% W1 \! M8 r    plot(x, y)6 }1 J7 _9 i( l# Q  q
end' V0 r" S0 N5 p2 q# A5 n
2 M& F  Q- p9 h. J7 e6 G
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%$ W. ^4 d! |% y2 [) B
: i7 l9 h. Y9 a2 q# ]$ L0 p
function f = s_fitpt_p(x, y, n)* w! Y0 Y5 W2 c0 h1 I
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法# T3 n% g( G% `7 x) K& H* p* z- y+ p

0 ~# N, _$ l' I2 `+ f    sz = size(x);* \! o9 d; J1 E- O4 _* U* T
    sz = sz(2);1 q% J7 m4 C( P  f  o, |
    A = zeros(sz, n + 1);
* Y: L3 u( V) `4 u6 K& {/ G( P- u    v = vh(n);
/ I! R+ O% c2 `1 V1 |' {& u  ^9 Y    for i = 1:sz; F6 D7 H, Q' N/ s- C: [# ~
        A(i, = subs(v, double(x(i)));
: O% G9 K8 [. M( Q* f) V/ S    end) x5 w1 N" x/ @* U/ n
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
6 Y, p. H- e, y7 ]% {2 }. U    f = vpa(f, 4);* z3 m3 S! Y  O3 Z* h
    f = v * f;) d- ^# M2 U; y# e9 \
end( h# z1 K5 e5 y0 ~/ W; L
- w4 B; d! m# ^
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
! o/ U9 l; R9 o( k2 W4 `+ D7 x0 J
: m& V6 W8 t! W. Jfunction v = vh(n)
7 H  c  i) O6 a8 v/ Y    % Create vector in horizontal style, such as
$ a) J1 \8 w5 z0 b. s    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]" [9 y# B: }% K" w

' {0 f4 Q0 S7 V1 e$ _& Q3 R    if (n < 0 || n > 9)9 w5 m2 T8 S& J
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
) [* P- Q; {; D* X5 A- v" V* p' U; V    end
+ n8 c/ p8 X8 g0 v- K  m! T    s = '';2 e2 y9 f0 L! X2 F3 |: {+ s" k
    for i = 0:n
" M9 H2 O8 A* o( M        s = strcat(s, ',x^');( @2 K. _4 R4 w" t
        s = strcat(s, num2str(i));2 T& |) l% ]6 ~* S, f3 Y4 D
    end
/ W) E( ?/ a" g% l, i    s(1) = '[';
0 g1 k! E2 T7 ?    sz = size(s);
/ @$ i- I' [1 o: c. q+ [    s(sz(2) + 1) = ']';6 b3 S9 `7 Y) ~
1 b. b6 n) }+ H8 E3 i
    v = simplify(sym(s));
3 R0 V* C# K, [7 d, eend* G7 Y" O" Y5 B4 g% G# W4 T3 }; h' j

) t  m0 a' S" d9 ^! I) z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。) A8 C: I* ]( O9 M5 A
4 n$ r9 t" h2 |. l  V1 e1 ]; }/ P
5 l* J2 w# @1 F; N4 ~  Y, V
zan
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