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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:% {; m1 a$ _5 J/ v9 I3 M; M+ H: Q
function fp = fitpt()
  O7 a% C8 |) m1 C: i) {    % 最小二乘( n% t* u) D+ d2 T6 A$ h( C; B  Y
    % 基取 {1, x, ...}$ H' g( |' b! G# y: g
    % fitpt.m
0 g5 }! h7 }  k; c! m! s- R+ H1 p4 {( m' A1 f
    % 默认算例为课本:P65,例3.26 A2 K, {0 ]2 r; E, U& ^" e: ~
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]
; F3 x2 h4 M6 n5 ?+ ~7 Q( M    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
" ^% _( V& \6 |) S  G, m    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
/ l$ r! z: @- t' }8 |4 o# q# }% k! g) D
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)) f2 t1 C( U" W+ z" Z7 z9 W4 N
6 d: [) J/ N0 ]# C
    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');
5 a% z8 S! {8 i, M. u9 ?' s5 g# U8 T    if isempty(s)
1 @2 h- z0 {( Z: G, Z        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';4 O; v8 N( B/ j2 i" w4 |
    else# o- b1 J4 x  e" C2 k4 T
        if (s(1) ~= '[')
0 n( @4 D! w5 R$ t- ^- y# X6 y            s = strcat('[', s);
! e! P% K5 \  ^& a  F& h            s = strcat(s, ']');
( \  ~7 p7 ^0 E% ]+ O6 i* T' R  M) O        end
: E3 K* B7 k/ A    end
! k5 s2 c8 e8 @# [    x = sym(s);  z) c: V, C8 W$ A6 m( b; N4 k

- ]! C3 Y+ x$ U4 d8 E' 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');
: p! l+ U: {5 x7 c    if isempty(s)
1 @5 G7 g; H# {0 @9 g- h        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';, T8 K3 q3 {* w; ~7 \
    else! n7 e1 R$ A. m# g. |
        if (s(1) ~= '['), w# o: |+ d9 o8 O) {. D/ r) A* O
            s = strcat('[', s);
3 i0 }$ c8 i( v' R3 Z6 i5 p            s = strcat(s, ']');6 U1 s7 P5 @6 r8 W( V( ~' {4 f
        end
% O- g7 U& B) D+ U% i- O    end. y  B5 w! ^' O6 B9 O
    y = sym(s);' E6 M; p! i0 I0 W
    sz = size(x);2 m+ F+ s" p& D! x; m% X
    sz = sz(2);
  O, K$ [6 s4 `! l1 [    n = input('输入多项式次数n:');6 h( @: |+ {% z
    if (n + 1 > sz)
; F, R- o0 T% k( b6 c# Y  r        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
# Y. e5 |$ p& q" d+ _! F% J: M    end& N1 n6 `! g1 q$ g
    if (n + 1 > sz)
; E8 Y* V& t" P) x. c: W# F7 x2 Z" u        error('多项式次数不能小于已知点个数!');0 q6 }# Q# {9 W
    end
3 n& @7 [* r* v$ l    fp = s_fitpt_p(x, y, n);0 T% A+ s3 g% }) W  S1 h2 O
; _/ \3 p0 k2 F8 z8 A- t* ~
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
6 m) J8 y! [& E8 B& F- F/ O8 U    plot(double(x), double(y), 'r*')+ d- v+ \4 p& G3 P2 |
    hold on
' r& |- P9 y# Q: R/ q    a = double(x(1));; z. ?" |: d9 ]  O5 x' F
    b = double(x(sz));6 ~4 m# M! |  O/ X
    x = a:abs(b - 1)/100:b;% ~) L; r" O; j$ ^- x5 b  H% U
    y = subs(fp, x);( S1 X. j1 X/ G. L
    plot(x, y)
( [! k. c% J; Z4 n; j+ k& eend
' y' k# s) X0 N/ f# Z1 x) b; q$ v1 k! \8 X! c* ?  m; P4 y
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%7 B. y% }* I  J+ J/ o

: A7 K7 F; e! T8 q7 n- @2 Yfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
$ k# [  w& u; M7 |    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法, n0 R" g. [" u& v" X% |
  a. e- ?& w+ B/ @  R. F  J1 k
    sz = size(x);
* h5 Q- Y* P) u' U3 V" O4 ~    sz = sz(2);; t6 T& ~. m8 F0 U0 w" c  x5 ~
    A = zeros(sz, n + 1);. o' u5 A; p3 z1 c
    v = vh(n);- _) n9 W4 k1 a* j5 O
    for i = 1:sz
9 C: z- F" J( I+ S4 w        A(i, = subs(v, double(x(i)));
& X( D# V" v% s1 G0 m) a    end, l& v$ Q, P1 m0 R: q0 Z% B' [
    f = linsolve(A' * A, A' * y');3 m9 Z! E6 d$ \, G, u
    f = vpa(f, 4);
# k6 s2 p6 W/ }/ u2 J0 r2 V% `    f = v * f;- x! `9 y& i2 |  C; o, I
end
8 f$ N( t, a' ~4 H3 {& m3 J0 x) x. _1 J1 _7 `2 T) [
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% b0 Q# W6 ?- Q+ [$ O! C

1 t5 e0 D" l5 {7 x( r6 pfunction v = vh(n)$ O- g+ e! `& B! \) L8 ~
    % Create vector in horizontal style, such as
; ]7 t: [1 [; p5 N5 u0 b# l# c    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]$ q8 a* O, t' ?9 k! {, n
6 x; z7 E' `$ S9 {5 i& Y  r
    if (n < 0 || n > 9)4 C2 P+ s0 @4 S) v4 n
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
2 j. S, F" o8 x+ a    end
6 Z9 z9 H* _* H    s = '';6 v8 m+ l  o% G
    for i = 0:n
$ b5 K" P" `6 J) G. b# q, o5 a3 h        s = strcat(s, ',x^');
( x$ s# F9 S& c. X! M! P        s = strcat(s, num2str(i));- \  H( N8 F& q! p3 M2 ~( C
    end4 |/ ]' k. ^2 w5 P2 m
    s(1) = '[';7 I7 {: e5 o' `; K
    sz = size(s);  }0 u5 \0 i; ], Q5 V
    s(sz(2) + 1) = ']';& L" P" c( k" l# ~( G+ h( ?

. v; Z  J' f' H' o" m    v = simplify(sym(s));/ U# \$ o9 `' e  n% T! b
end
3 ^. U' w  t, O% h( `+ b' g3 I0 b
- H7 `& ~$ V" e* {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。4 C7 o2 }8 U/ K/ _; K6 C

; S2 U( N5 r6 T7 o% X8 J: H8 ?, R& M( U, I9 ~0 K
zan
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