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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:
; \. L& o- d5 w6 [  G% N5 vfunction fp = fitpt()6 K& |4 v' H+ a( y% {
    % 最小二乘
9 L, c0 v5 p% S% Q8 H/ t3 z  H    % 基取 {1, x, ...}
& C9 ]: N2 q& O+ @/ |: X2 n    % fitpt.m
5 Q  N8 j% R4 |) r; c/ E8 p
1 ~( ]2 N3 ^7 O  `2 i! n    % 默认算例为课本:P65,例3.2
- v; ~$ \- {' z) i# m    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]$ ^6 g+ E5 u% f
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]1 e2 F1 O* N* Q+ N: a6 O
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162/ O; y! s7 h$ R& G& ?
! P" U# \  U/ {# z3 V0 j7 i
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
) N$ d9 y3 s9 X% u' ^1 ~
3 v+ }( I$ M6 j5 j    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');( o! Q/ N  v' p1 z! r+ y- Z
    if isempty(s)8 E4 F/ w! h( s4 ~, ?
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
) ~3 @4 q# V1 G3 M& ~0 C: ~    else
, N% w, q9 e/ |9 ~  a6 T        if (s(1) ~= '[')
/ g0 P# c2 F6 Z+ r( e2 ?            s = strcat('[', s);
8 l5 \  `9 v7 g  d            s = strcat(s, ']');  L6 |/ z) b6 G$ S6 b. ]2 k/ q6 c
        end
8 k( m3 j% I2 O9 Q; @  |  g    end4 n0 H+ E" e* T6 W6 P+ f, L
    x = sym(s);
* Y! G( i: K! k: S3 r: n8 S7 N0 h; c
    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');. [! ~2 o  L* {: S( j4 K0 |
    if isempty(s)7 Z6 U2 A+ F* k) q: r; `0 F
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';/ z3 Z4 q3 r. ?
    else
, [5 ]3 Z) y3 P        if (s(1) ~= '[')
6 M8 D' w1 W1 o  r5 t            s = strcat('[', s);
5 i7 {9 C' e3 E; r; m& O( d            s = strcat(s, ']');
5 t5 f+ A" ]) h; y% |. i! c& S/ k  i        end
" m( W9 s& I1 ]: m5 Q0 ]    end
* [' }; w6 ?4 X9 Z* g1 O    y = sym(s);
! l/ y+ R1 h  U5 ~# n5 t+ a    sz = size(x);
2 g* Y' A" t( R  F8 _* \    sz = sz(2);# ?0 `2 Q" Z# N5 y
    n = input('输入多项式次数n:');  ^; S  s+ f* F% f) U5 m1 @
    if (n + 1 > sz)$ v2 ^& B7 `8 z1 W/ z+ C
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
6 d+ g; X$ ~3 c% x1 I    end
& M# z. Z: g* m4 ]; @# f7 J, D    if (n + 1 > sz)
8 Y7 h  M1 f& t. s5 j2 M& \        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
7 V, V& P- u7 K$ Q7 f1 x3 Y    end# f: Q  y: u6 b( t; j# x7 m* Y
    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
; ?, _6 M2 N3 g' d4 \5 b8 g/ q5 R" b$ E6 H$ ~
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
9 I, N+ J7 ~6 m1 _7 j; i: V    plot(double(x), double(y), 'r*')
. b- \6 u) [2 C( {  ~    hold on
3 S9 b; H" g' f: x0 L& V    a = double(x(1));! g" N( ]/ l# c) ?$ j/ M
    b = double(x(sz));
& t) T1 O) ^$ ?" x3 F    x = a:abs(b - 1)/100:b;
' q+ ~# {: o3 z( }    y = subs(fp, x);
- r) C3 }6 ~7 t4 C% ?0 f- `    plot(x, y)5 J4 ^& k" E; a2 d/ }
end1 {8 u& \& |9 t4 t1 O

5 _8 E5 [+ o) O%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
$ R- ?5 u8 \5 m0 `
% x+ H) L2 o4 G+ {* ofunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
4 J' ]% a/ R+ y' x* ]5 g& t& \, I    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法* G* g& r' p- }9 V6 U
: y" H/ o! |8 n3 o" j; p* k: d. r6 @
    sz = size(x);
# I6 U# n) ^- u% d. m6 b    sz = sz(2);8 }6 U$ ]  P. G. t+ y
    A = zeros(sz, n + 1);
$ [3 I6 D( @5 I' D8 l0 ^# B    v = vh(n);
$ j' U- i" k' ?1 F4 _) j* R    for i = 1:sz9 q. ^2 G7 ^5 W' z1 @" d: A% Q
        A(i, = subs(v, double(x(i)));
9 R5 K: V! ?! _) m    end, L$ a2 v% }5 W5 F& X+ K$ w
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
" \9 t% S( V4 c+ W+ s- ?. m: r3 t' x    f = vpa(f, 4);
0 t7 s8 }$ F5 w# `; J    f = v * f;
6 G1 p  e$ `" x! C& v9 Iend
$ [& K/ L# H7 b9 u0 C6 |
7 @) A& @( V6 j- [# D- r6 M- C4 `%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%9 `- J& N+ d  O" K3 X

( q2 f7 R, S- i- U- m+ D8 u- f- Qfunction v = vh(n)
2 W( a$ o4 E% p! K    % Create vector in horizontal style, such as
! [$ g0 k$ I# m6 p/ a    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]8 ^+ w9 m2 g" x$ Y& P5 f* l

' `0 t3 ?+ c5 T! S2 o! x* n! v) c    if (n < 0 || n > 9)
" j& g' W" E9 ~8 C$ u5 L7 F8 @/ O. a        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
  u* N) g. V# R: X6 ?9 x    end( k* W' q7 j2 R0 g
    s = '';0 j2 q6 x9 O( J+ D$ A
    for i = 0:n' D; ?$ y) V# {& M
        s = strcat(s, ',x^');5 n2 q3 P5 s) `( y2 O
        s = strcat(s, num2str(i));8 S2 i9 o( v/ z
    end7 Y% V& V& F2 }( x  [
    s(1) = '[';) `0 Q8 S$ e: B4 W( ]; m' {, y# {
    sz = size(s);
8 r( {7 q8 J  c+ l/ H    s(sz(2) + 1) = ']';
3 v* E0 K1 e% S1 g: k
. @9 y, c7 P& r    v = simplify(sym(s));1 J0 F% y* E1 A9 `( z5 }
end
; ?3 k" ?1 h/ q& K
1 C7 y! i9 ~) I1 ~0 h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。: h6 n" D: U8 P7 R% K2 L0 i

' {( Q. m6 i3 u/ ]7 C# ~" {4 O* v# i+ J$ X, K1 D( s$ H. M8 L3 K
zan
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