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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:
5 m/ O9 o- C/ v5 ?function fp = fitpt()
: e( v# f/ |$ q  G, c9 R% F    % 最小二乘  I. D$ Y. _: S6 R" S& v
    % 基取 {1, x, ...}% ~* A1 k( T$ W1 Y* U; i' R
    % fitpt.m# |# @( v8 S3 q6 H9 B% q* L

7 q" A4 Z$ F. _4 y! m% f5 X    % 默认算例为课本:P65,例3.2/ o" l" G: U$ L( y" m
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]- y+ U) z3 B4 Q
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
% s. |& p4 D/ K( ]# U7 ?    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162
  n; Q5 m: x% @7 n1 |  U+ A& |# ^* Q) f
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)
1 o9 T7 m. l, j- }9 U/ D/ ~! Y. u- u1 E9 y  K, b4 M. 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');
0 j1 c4 p' ~2 j4 U' D$ a    if isempty(s)9 [9 I5 D$ N$ i; l
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
- O) A) Q3 H+ Q4 f    else
* y* z. g) }! j% \" e  ]        if (s(1) ~= '[')5 _* ]' W2 J) x! X
            s = strcat('[', s);2 u6 f4 `7 C+ L9 f8 [
            s = strcat(s, ']');
, G% v* n7 ^& g6 I        end
6 w, x2 G2 V$ ^; G$ M    end
( U- C* {& M- o% |    x = sym(s);
6 R/ j8 b  B! ]) A' I9 J; t, A8 D3 ~6 l
    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');
3 ]9 C' {2 `5 i4 H. U- M* l: `4 ]    if isempty(s): W, }* F- |5 @( E8 l
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';: e) [4 @$ R: o0 Z
    else0 ]- y' j% C: o* B9 e+ t7 K* P
        if (s(1) ~= '[')
5 ]' M2 q# r  e! |  f  v            s = strcat('[', s);
$ j# P: S2 R/ Z. S1 V0 ~            s = strcat(s, ']');
8 f9 G' S* q2 x* o* d+ a4 Y4 t        end9 o/ X( a2 _8 @# g
    end& k" L$ X9 m4 N* D2 v; P
    y = sym(s);
/ w% z# }$ c+ E; l$ u/ M' E    sz = size(x);; S" Q7 T3 \+ H" f9 o3 p
    sz = sz(2);% {. R5 P/ V" M- o& x
    n = input('输入多项式次数n:');- ^- L5 |, Q6 B7 s: J' ?$ s
    if (n + 1 > sz)
2 [* p0 U; L) C6 N        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
- p- X% U6 E6 k    end4 K" Q7 M: e5 j1 W" T" l8 D
    if (n + 1 > sz)6 m! r  J5 T7 n
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
# e) m4 c7 V  ^0 L8 a    end
4 [" \& \' X6 C9 q( l# ]7 i) b    fp = s_fitpt_p(x, y, n);' ^7 ]4 ~  R/ k( q2 M4 E$ R

" l7 T4 R$ ]3 y! a. S    % 绘制原始数据点和拟合曲线6 I( |# g7 E6 o& P, T
    plot(double(x), double(y), 'r*'). {; S  n/ |' K' D
    hold on
/ q0 Q* R5 d5 {    a = double(x(1));
8 z" \" _8 ~% B8 }8 v    b = double(x(sz));
% U0 H/ @9 B6 @7 n5 \( H    x = a:abs(b - 1)/100:b;7 @; w( T. n: i8 g& c$ U5 ]4 r
    y = subs(fp, x);
, d3 g/ E7 \" c9 t    plot(x, y)
7 I( y2 |2 u2 x4 n" N$ aend
1 Q+ Z4 u, f& G2 t3 w
$ c5 N3 M+ N7 l. R' l! E4 ]+ E, Z%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%3 }! C4 `/ q% P$ l

6 j1 Q' t0 F# @7 Qfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)0 R/ l9 u8 A/ I: I2 m3 _4 R: k0 [. `
    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法8 h  K" r' H4 Z$ M7 t
& |1 v3 P! G$ D" d
    sz = size(x);
  h0 L' O+ N- f  K* S7 ~    sz = sz(2);2 j4 j3 s6 p; T$ U7 {
    A = zeros(sz, n + 1);* G: m  Y6 O2 i3 |5 v2 s* m
    v = vh(n);
" p, B  \8 U; p* P( }    for i = 1:sz% J& z8 h5 f: A$ t% C, q& N
        A(i, = subs(v, double(x(i)));/ a0 @' O4 W& w# S' T
    end
# d' ]) f- v$ J    f = linsolve(A' * A, A' * y');4 B( Q& U: K& H, _% d. g/ ]
    f = vpa(f, 4);% s# X: `. c$ a3 @  n) _! h$ ?
    f = v * f;( U5 |7 c& Y; N# Y
end
/ W3 f0 ?  {, A& G8 c7 m5 h9 o" _/ z$ Q" i4 }6 m9 F
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%& B5 R9 i5 G7 {9 ?: E( t# c: e

* A7 F0 |1 t4 I( G" Y9 Wfunction v = vh(n)
1 \: y  X, |2 i1 J    % Create vector in horizontal style, such as
5 v# _: D  G$ \0 r/ o* v. x    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
0 |  Z9 \, {7 K( ~. X. K! U3 ?) x! P% y, g, V& }* |& c
    if (n < 0 || n > 9)9 R: K4 `: B' ?* I3 M- p
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')3 {9 ^: i0 c. K5 [
    end
! j2 G0 |4 ~; F  t7 J    s = '';
; w$ E. g. P7 {$ N    for i = 0:n
7 }8 @. Q' |6 {) x        s = strcat(s, ',x^');
1 K- |, L/ J6 ~* O5 ~        s = strcat(s, num2str(i));
& a: ]9 K* s" J, y% B( D4 E8 z    end: ]" @$ d. n& o2 D- p
    s(1) = '[';
7 f/ b6 U6 P/ ~    sz = size(s);$ [4 c6 f) V- c
    s(sz(2) + 1) = ']';
4 w( T6 C! `( A: n2 h' f  |" @) d4 Y4 e0 r
    v = simplify(sym(s));: |+ y  q+ |5 {# r
end  t1 Z2 t% U* `! }: H2 ^: V4 T
$ j  Y1 u$ q, w( ?1 t8 i5 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。
* L+ X; e/ n9 |) r7 |- [% d6 \* V

/ v, E; p- M" c
zan
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