函数逼近与曲线拟合(1)PPT课件
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第三章 函数逼近与曲线拟合1 函数的逼近与基本概念1.1问题的提出多数计算机的硬件系统只提供加、减、乘、除四种算术运算指令,因此为了计算大多数有解析表达式的函数的值,必须产生可用四则运算进行计算的近似式,一般为多项式和有理分式函数.实际上,我们已经接触到两种逼近多项式,一种是泰乐多项式,一种是插值多项式.泰乐多项式是一种局部方法,误差分布不均匀,满足一定精度要求的泰乐多项式次数太高,不宜在计算机上直接使用.例如,设()f x 是[1,1]-上的光滑函数,它的Taylor 级数0()kk k f x a x∞==∑,()(0)!k k f a k =在[1,1]-上收敛。
当此级数收敛比较快时,11()()()n n n n e x f x s x a x ++=-≈。
这个误差分布是不均匀的。
当0x =时,(0)0ne=,而x 离开零点增加时,()n e x 单调增加,在1x =±误差最大。
为了使[1,1]-的所有x 满足()()nf x s x ε-<,必须选取足够大的n ,这显然是不经济的。
插值函数出现的龙格现象表明,非节点处函数和它的插值多项式相差太大。
更重要的是,实际中通过观测得到的节点数据往往有各种误差,此时如果要求逼近函数过全部节点,相当于保留全部数据误差,这是不适宜的。
如图1所示,给出五个点上的实验测量数据,理论上的结果应该满足线性关系,即图1中的实线。
由于实验数据的误差太大,不能用过任意两点的直线逼近函数。
如果用过5个点的4次多项式逼近线性函数,显然误差会很大。
1.2范数与逼近实验数据 真函数 插值多项式逼近 精确的线性逼近图1一、线性空间及赋范线性空间要深入研究客观事物,不得不研究事物间的内在联系,给集合的元素之间赋予某种“确定关系”也正是这样的道理.数学上常把在各种集合中引入某些不同的确定关系称为赋予集合以某种空间结构,并将这样的集合称为空间。
最常用的给集合赋予一种“加法”和“数乘”运算,使其构成线性空间.例如将所有实n 维数对组成的集合,按照“加法”和“数乘”运算构成实数域上的线性空间,记作n R ,称为n 维向量空间.类似地,对次数不超过n 的实系数多项式全体,按通常多项式与多项式加法及数与多项式乘法也构成数域R 上一个线性空间,用nH 表示,称为多项式空间。