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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:
2 H; s5 P, i9 k& P* L+ o7 e- Cfunction fp = fitpt()
$ A; O! O3 P0 C- x* T! y6 @    % 最小二乘4 Y# V; S: n9 g7 _% G
    % 基取 {1, x, ...}# |9 ?9 C, G8 W# v. k
    % fitpt.m
+ I" X* _+ X5 n% x/ O1 K# T: G, F7 X8 G
    % 默认算例为课本:P65,例3.22 W' ~- S" p7 d/ b
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]5 \7 \1 p! |: U* {5 N- ~1 b
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]8 u6 l+ U) ~3 ]: t2 R  x# S: I
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.61629 j9 X! H# e8 M3 F

$ @' w, F& }5 U    % MatLab函数:polyfit(x, y, n). Z7 H" Z9 I; ^! P

6 E2 p. n; R5 x9 b    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');! L5 m9 K. ~/ U) ^
    if isempty(s)0 t* y2 ]6 H3 I, t! U+ w% B
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
: \2 b3 ]+ I) y$ O* K    else" `6 o. o$ ^6 a+ U4 y
        if (s(1) ~= '[')
, O% w8 ], G$ ?# G! X/ `9 W            s = strcat('[', s);
( l  A" W* @7 H  k. y  F' t; T            s = strcat(s, ']');+ q5 H( F* U( [2 q/ ~' v
        end
3 A6 k7 I- G; u/ O- O9 e; D, ?    end2 J5 f  n: }7 d* Q
    x = sym(s);
3 c& q# x$ e; U& t
' L4 b. d3 C, ?$ W; T4 ]. B    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');
* z2 f0 U: L8 z- N, y3 p    if isempty(s)
! i5 l# W& O% ?; R( M        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
4 O3 e0 x! c9 u8 T    else) {& H" i8 S) D$ Y2 y/ ~
        if (s(1) ~= '[')2 j# `4 @( f+ n8 N
            s = strcat('[', s);
0 W8 U5 i" [6 H# I5 s            s = strcat(s, ']');
) ]4 D% k4 V: ~3 J; M        end! k6 ]. K0 D4 v4 _2 b9 Y7 K$ a
    end6 W2 B6 p8 }) K0 E4 P6 Y* N
    y = sym(s);# N0 c; F2 C+ R# X% k4 Z( R$ p, Q
    sz = size(x);
. V+ Z8 \$ |! B- ~3 h7 [. c$ ~    sz = sz(2);( y3 [6 `' d4 M
    n = input('输入多项式次数n:');/ r, |! ?! j6 S# A" N$ f3 A
    if (n + 1 > sz)
# B$ X4 Y7 I* l, [        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');/ _4 g5 z, b1 l" s
    end4 H# P# Y( o0 Q- _, o& u
    if (n + 1 > sz)
; o9 u" A0 \* E" {. l        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
) f+ b9 E; a* W6 K4 H4 x2 `    end
* j% F) Y) \/ s, f0 _+ ^( Y+ G    fp = s_fitpt_p(x, y, n);" m# b; Y: o( e% _1 N
0 G# k1 B4 d5 F, _* e( @, a' n( \
    % 绘制原始数据点和拟合曲线$ \" u4 i5 _' C0 F3 r+ t: H5 A
    plot(double(x), double(y), 'r*')" [. A: y1 x' [& v6 W
    hold on
  E3 S0 ^; ?: f. k6 c( z    a = double(x(1));( g1 c1 R: F$ u# S. O- b3 w
    b = double(x(sz));9 ]3 n+ V4 M- h  ]6 q
    x = a:abs(b - 1)/100:b;
2 d. b/ e7 p1 y( d' f3 l1 m    y = subs(fp, x);
/ X7 D: [0 w" V4 D7 \    plot(x, y)
$ u: V/ V1 D. j7 Rend) n# |  m. e2 G% Y1 N& h1 e1 l% n

, w" m3 y+ h8 s: m& L; S%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
( \* e3 B- Y+ {" e' _; ^% N! ?
; K7 |  x" ?& O9 U) S$ b4 V, Sfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)# F3 x& A, x: _8 S0 m4 |) ~$ P
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
* F. q+ Z! ]- C1 x; S" Z% B0 z* K8 x% i$ O+ N4 I
    sz = size(x);3 ^% J" K# E) [( T3 r7 L4 Y
    sz = sz(2);
, T, Q6 E2 n$ f: V' W, W8 Q    A = zeros(sz, n + 1);' \2 _6 {. k9 _% F  f) m# _
    v = vh(n);% b) N" w7 H! S- K; U" {
    for i = 1:sz% H4 c( R0 T& D/ n0 R2 r
        A(i, = subs(v, double(x(i)));% G; W) Q$ m+ A5 a7 m2 j
    end7 K# C7 g7 P! o) B5 s0 ^' {* T0 @
    f = linsolve(A' * A, A' * y');
6 E1 r. X$ D  L5 E: f& t5 ^    f = vpa(f, 4);: G$ ?+ r! f# h& H
    f = v * f;. f' W( S( }4 V3 I$ y7 o* T
end# h- L, b: _' E
% d8 x. M: ^9 Y' p7 m
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%; S/ D0 P) ~( x1 O. X
7 z$ ?# |# x( Z" o4 m( `( Q7 \
function v = vh(n)7 @; H6 ^6 Y5 i' z3 D
    % Create vector in horizontal style, such as # ]- P1 L& X/ U
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
+ h( F2 {/ w: F3 a7 r
+ w8 d1 [! P# w: [5 ^    if (n < 0 || n > 9)
4 Y8 D5 W: X# {) c# i2 e7 @& [        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]'), T0 Q- {1 d) i4 Q
    end
  X3 z, ~; C0 I2 N9 x, l& k    s = '';( C) q( T9 n: Q* l
    for i = 0:n
7 G2 e  f1 a" ?) |9 `( Y; M$ z        s = strcat(s, ',x^');
  Q7 k4 O5 }# M$ L        s = strcat(s, num2str(i));
- l& h) @3 c  ~6 x- q# W    end
9 t( u/ w8 V8 g  q% o; r) q    s(1) = '[';
2 \$ O0 J- h6 a# @! ~    sz = size(s);- D) S& F8 s0 r
    s(sz(2) + 1) = ']';
# q! y) J2 U' h+ h1 }; J9 U! n3 J1 `% E& }1 o2 z+ r
    v = simplify(sym(s));
: w" _7 n/ k9 b0 I) `+ A+ z: K2 Dend
2 v  L) j, B5 Z- `8 C& x
/ I" ?; G' q* H9 Q3 Z, {: T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。
& m* u0 c& r8 q/ {, M1 F0 n- d& |; P, u! V; l1 X/ a
3 ?; \9 `% N: H5 D! g
zan
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