基于MATLAB的数值计算_插值及曲线拟合

湖南大学电气与信息工程学院 《数值计算》课程 上机实验报告姓名： 班级： 学号： 日期：指导老师：本次实验题号：第 3 次实验1) 实验目的：1) 用MATLAB 实现拉格朗日插值和分段线性插值。

2) 了解matlab 实现曲线拟合方法的实际应用。

二. 实验内容：1) 插值算法的应用：题目：用拉格朗日插值程序，分段线形插值函数分别研究f （X ）的数据表，计算f(0.472) X 0.46 0.47 0.48 0.49 Y0.48465550.49375420.50274980.51166832) 曲线拟合方法的实际应用用电压V=10V 的电池给电容器充电，电容器上t 时刻的电压v(t)=V-(V-V0)e^(-t/T)，其中V0是电容器的初始电压，T 是充电常数。

实验测量了一组数据如下，请根据数据表确定V0和T 的大小。

t 0.5 1 2 3 4 5 7 9 V(t) 6.366.487.268.228.668.999.439.63三. 算法介绍或方法基础1.1 拉格朗日插值法对于已给定的点 00(,),...,(,)k k x y x y 和待估计的点的横坐标x ，如上述理论，将其值代入1100,011()()()()():......()()()()kj j i k j i i j j i j j j j j j kx x x x x x x x x x l x x x x x x x x x x x -+=≠-+-----==-----∏计算出插值基函数的值，然后根据公式：():()ki i j L x y l x ==∑计算出纵坐标的估计值，由此完成对该点的插值过程，其中k 为该点插值的阶数。

1.2 线性分段插值利用已给定的点 00(,),...,(,)k k x y x y 对插值区间分为1k -段，将每段的端点(,)i i x y 与 11(,)i i x y ++作为数据点利用公式100010()()()()()f x f x p x f x x x x x -=+--在所构成的区间进行线性插值。

Matlab中数据处理和多项式插值与曲线拟合⼀、基本统计处理1、查取最⼤值MAX函数的命令格式有：[Y,I]= max (X)：将max(X)返回矩阵X的各列中的最⼤元素值及其该元素的位置赋予⾏向量Y与I；当X为向量时，则Y与I为单变量。

[Y,I]=max(X,[],DIM)：当DIM=1时按数组X的各列查取其最⼤的元素值及其该元素的位置赋予向量Y与I;当DIM=2时按数组X的各⾏查取其最⼤的元素值及其该元素的位置赋予向量Y与I.max(A,B)：返回⼀个与A,B同维的数组，其每⼀个元素是由A,B同位置上的元素的最⼤值组成。

【例1】查找下⾯数列x的最⼤值。

x=[3 5 9 6 1 8] % 产⽣数列xx = 3 5 9 6 1 8y=max(x) % 查出数列x中的最⼤值赋予yy = 9[y,l]=max(x) % 查出数列x中的最⼤值及其该元素的位置赋予y,ly = 9l = 3【例2】分别查找下⾯3×4的⼆维数组x中各列和各⾏元素中的最⼤值。

x=[1 8 4 2;9 6 2 5;3 6 7 1] % 产⽣⼆维数组xx = 1 8 4 29 6 2 53 6 7 1y=max(x) % 查出⼆维数组x中各列元素的最⼤值产⽣赋予⾏向量yy = 9 8 7 5[y,l]=max(x) % 查出⼆维数组x中各列元素的最⼤值及其这些% 元素的⾏下标赋予y,ly = 9 8 7 5l = 2 1 3 2[y,l]=max(x,[ ],1) % 本命令的执⾏结果与上⾯命令完全相同y = 9 8 7 5l = 2 1 3 2[y,l]=max(x,[ ],2) % 由于本命令中DIM=2,故查找操作在各⾏中进⾏y = 897l = 213[y,l]=max(x) % 查出⼆维数组x中各列元素的最⼤值及其这些% 元素的⾏下标赋予y,ly = 9 8 7 5l = 2 1 3 2[y,l]=max(x,[ ],1) % 本命令的执⾏结果与上⾯命令完全相同y = 9 8 7 5l = 2 1 3 2[y,l]=max(x,[ ],2) % 由于本命令中DIM=2,故查找操作在各⾏中进⾏y = 897l = 2132、查取最⼩值MIN函数⽤来查取数据序列的最⼩值。

插值法和曲线拟合电子科技大学摘要：理解拉格朗日多项式插值、分段线性插值、牛顿前插，曲线拟合，用matlab 编程求解函数，用插值法和分段线性插值求解同一函数，比较插值余项；用牛顿前插公式计算函数，计算函数值；对于曲线拟合，用不同曲线拟合数据。

关键字：拉格朗日插值多项式；分段线性插值;牛顿前插；曲线拟合引言：在数学物理方程中,当给定数据是不同散点时,无法确定函数表达式，求解函数就需要很大的计算量,我们有多种方法对给定的表格函数进行求解,我们这里，利用插值法和曲线拟合对函数进行求解,进一步了解函数性质，两种方法各有利弊，适合我们进行不同的散点函数求解。

正文：一、插值法和分段线性插值 1拉格朗日多项式原理对某个多项式函数，已知有给定的k + 1个取值点:其中对应着自变量的位置，而对应着函数在这个位置的取值。

假设任意两个不同的x j 都互不相同，那么应用拉格朗日插值公式所得到的拉格朗日插值多项式为:其中每个为拉格朗日基本多项式（或称插值基函数），其表达式为：［3]拉格朗日基本多项式的特点是在 上取值为1，在其它的点 上取值为0.2分段线性插值原理给定区间[a ，b ］, 将其分割成a=x 0 <x 1 〈…〈x n =b, 已知函数y= f(x ） 在这些插值结点的函数值为 y k =f(x k )(k=0，1,…,n)求一个分段函数I h （x)， 使其满足：(1) I h （x k ）=y k ，（k=0，1,…,n） ;（2) 在每个区间［x k ，x k+1 ］ 上，I h (x ）是个一次函数。

易知，I h (x)是个折线函数， 在每个区间[x k ，x k+1 ]上,（k=0,1,…,n)k 1k k1k 1k k 1k k k ,1)()()(x x x x x f x x x x x f x L --+--=++++，于是, I h (x ）在[a,b ］上是连续的，但其一阶导数是不连续的.3拉格朗日插值多项式算法 ○1输入,(0,1,2,,)i i x y i n =，令0)(=x L n .错误!对0,1,2,,i n =，计算0,()()/()ni j i j j j il x x x x x -≠=--∏()()()n n i i L x L x l x y ←−−+4分段线性插值算法错误!输入(x k ,y k ），k=0，1,…,n;○2计算k 1k k1k 1k k 1k k k ,1)()()(x x x x x f x x x x x f x L --+--=++++5插值法和分段线性插值程序按下列数据分别作五次插值和分段线性插值，画出两条插值曲线以及给定数据点。

Matlab中的数值计算方法简介引言：Matlab是一种强大的数值计算软件，广泛应用于工程、科学、金融等领域。

它拥有丰富的数值计算方法库，可以帮助研究者和工程师解决各种数值计算问题。

本文将简要介绍几种常见的数值计算方法，并说明它们在Matlab中的实现和应用。

一、插值法插值法是一种通过已知数据点之间的插值，估计未知数据点的数值的方法。

常见的插值方法包括线性插值、拉格朗日插值和样条插值。

在Matlab中，我们可以使用interp1函数进行插值计算。

该函数可以根据给定的数据点，计算出在指定位置的插值结果。

我们可以通过设置插值的方法和插值节点的数目来调整插值的精度与计算效率。

二、数值积分数值积分是一种通过近似求解定积分的方法。

在Matlab中，我们可以使用quad和quadl函数进行数值积分。

这些函数可以自动选择合适的数值积分方法，并提供了较高的精度和计算效率。

我们只需提供被积函数和积分区间，即可获得近似的积分结果。

对于一些特殊形式的积分，如复杂函数或无穷积分，Matlab还提供了相应的函数供我们使用。

三、线性方程组求解线性方程组的求解是数值计算中的一个重要问题。

在实际应用中，我们经常会遇到大规模线性方程组的求解问题。

在Matlab中，我们可以使用矩阵运算功能和线性方程组求解函数来解决这类问题。

Matlab提供了一系列的求解函数，包括直接法和迭代法。

其中，直接法适用于小规模线性方程组，迭代法则适用于大规模线性方程组。

我们可以根据具体情况选择合适的方法和函数来求解线性方程组。

四、微分方程求解微分方程是许多科学和工程问题的数学模型，求解微分方程是数值计算中的常见任务。

在Matlab中，我们可以使用ode45函数来求解常微分方程的初值问题。

该函数采用龙格-库塔方法，对微分方程进行数值积分，并给出近似的解析结果。

对于偏微分方程和其他更复杂的微分方程问题，Matlab还提供了更多的求解函数和工具箱供我们使用。

五、最优化问题求解最优化问题是指在特定约束条件下，求解给定目标函数的最大值或最小值的问题。

Matlab中的数据拟合与曲线拟合技巧在科学研究和工程应用中，数据拟合和曲线拟合是常见的任务。

Matlab作为一种强大的数值计算和数据分析工具，提供了丰富的函数和工具箱来进行数据拟合和曲线拟合。

本文将介绍一些常用的数据拟合和曲线拟合技巧，让读者能够更好地利用Matlab来处理自己的数据。

首先，我们来看一下最常用的数据拟合技术之一——多项式拟合。

Matlab提供了polyfit函数来进行多项式拟合。

这个函数接受两个输入参数：x和y，分别为要拟合的数据点的横坐标和纵坐标。

我们可以根据实际需求选择合适的多项式阶数，然后调用polyfit函数，即可得到拟合后的多项式系数。

可以使用polyval函数来根据多项式系数计算拟合后的y值。

这样，我们就可以在Matlab中方便地进行数据拟合和预测了。

除了多项式拟合，Matlab还提供了其他常见的数据拟合方法，如指数拟合、对数拟合和幂函数拟合等。

这些方法在Matlab中的实现也非常简单，大部分都可以通过调用相关函数实现。

对于指数拟合，可以使用fit函数和exp2fit函数来进行拟合。

对于对数拟合，可以使用fit函数和log2fit函数来进行拟合。

对于幂函数拟合，可以使用fit函数和powerfit函数来进行拟合。

这些函数的使用方法大体相同，都需要提供拟合的数据点x和y，然后调用相应的函数即可得到拟合后的结果。

另外，Matlab还提供了一些高级的数据拟合和曲线拟合方法，如非线性最小二乘拟合和样条插值拟合。

非线性最小二乘拟合是一种非常灵活的拟合方法，可以拟合各种非线性函数。

Matlab提供了lsqcurvefit函数来实现非线性最小二乘拟合。

这个函数需要提供一个函数句柄，表示要拟合的函数模型，然后根据拟合的数据点进行拟合。

通过修改函数模型和参数的初始值，可以得到不同的拟合结果。

样条插值拟合是一种光滑曲线的拟合方法，可以更好地拟合离散数据点。

Matlab提供了spline函数来进行样条插值拟合。

在Matlab中进行数据拟合和曲线拟合的方法在科学研究或工程应用中，数据拟合和曲线拟合是常见的计算任务之一。

Matlab作为一种强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数，方便我们进行数据拟合和曲线拟合的操作。

本文将介绍在Matlab中进行数据拟合和曲线拟合的几种方法。

一、线性回归线性回归是最简单的数据拟合方法之一，常用于建立变量之间的线性关系模型。

在Matlab中，可以使用polyfit函数进行线性回归拟合。

该函数可以根据输入数据点的横纵坐标，拟合出一条直线，并返回直线的斜率和截距。

例如，以下代码演示了如何使用polyfit函数进行线性回归拟合：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 3, 4, 5, 6];coefficients = polyfit(x, y, 1);slope = coefficients(1);intercept = coefficients(2);```在上述代码中，数组x和y分别表示数据点的横纵坐标。

polyfit函数的第三个参数1表示拟合的直线为一阶多项式。

函数返回的coefficients是一个包含斜率和截距的数组，可以通过coefficients(1)和coefficients(2)获取。

二、多项式拟合在实际应用中，线性模型并不适用于所有情况。

有时，数据点之间的关系可能更复杂，需要使用更高阶的多项式模型来拟合。

Matlab中的polyfit函数同样支持多项式拟合。

我们可以通过调整多项式的阶数来拟合不同次数的曲线。

以下代码展示了如何使用polyfit函数进行二次多项式拟合：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 6, 10, 16, 24];coefficients = polyfit(x, y, 2);a = coefficients(1);b = coefficients(2);c = coefficients(3);```在上述代码中，polyfit的第三个参数2表示拟合的多项式为二阶。

MATLAB 中的曲线拟合和插值在大量的使用领域中，人们经常面临用一个分析函数描述数据(通常是测量值)的任务。

对这个问题有两种方法。

在插值法里，数据假定是正确的，要求以某种方法描述数据点之间所发生的情况。

这种方法在下一节讨论。

这里讨论的方法是曲线拟合或回归。

人们设法找出某条光滑曲线，它最佳地拟合数据，但不必要经过任何数据点。

图11.1说明了这两种方法。

标有'o'的是数据点；连接数据点的实线描绘了线性内插，虚线是数据的最佳拟合。

11.1 曲线拟合曲线拟合涉及回答两个基本问题：最佳拟合意味着什么？应该用什么样的曲线？可用许多不同的方法定义最佳拟合，并存在无穷数目的曲线。

所以，从这里开始，我们走向何方？正如它证实的那样，当最佳拟合被解释为在数据点的最小误差平方和，且所用的曲线限定为多项式时，那么曲线拟合是相当简捷的。

数学上，称为多项式的最小二乘曲线拟合。

如果这种描述使你混淆，再研究图11.1。

虚线和标志的数据点之间的垂直距离是在该点的误差。

对各数据点距离求平方，并把平方距离全加起来，就是误差平方和。

这条虚线是使误差平方和尽可能小的曲线，即是最佳拟合。

最小二乘这个术语仅仅是使误差平方和最小00.20.40.60.81-2024681012xy =f (x )Second O rder C urv e Fitting图11.1 2阶曲线拟合在MATLAB 中，函数polyfit 求解最小二乘曲线拟合问题。

为了阐述这个函数的用法，让我们以上面图11.1中的数据开始。

» x=[0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 1]; » y=[-.447 1.978 3.28 6.16 7.08 7.34 7.66 9.56 9.48 9.30 11.2];为了用polyfit ，我们必须给函数赋予上面的数据和我们希望最佳拟合数据的多项式的阶次或度。

如果我们选择n=1作为阶次，得到最简单的线性近似。

在Matlab中如何进行数据插值与拟合引言：数据处理是科学研究与工程开发中不可或缺的环节之一。

而数据插值和拟合则是数据处理中常用的技术手段。

在Matlab这一强大的数值分析工具中，提供了丰富的函数与工具箱，使得数据插值与拟合变得更加便捷高效。

本文将详细阐述在Matlab中如何进行数据插值与拟合，并介绍几个常用的插值与拟合方法。

一、数据插值数据插值是通过已知的有限个数据点，推导出数据点之间未知位置上的数值。

在Matlab中，可以利用interp1函数进行数据插值。

假设我们有一组离散的数据点，存储为两个向量x和y。

那么，可以通过以下步骤进行数据插值：1. 调用interp1函数，并传入x和y作为输入参数。

```matlabxi = linspace(min(x), max(x), n);yi = interp1(x, y, xi, '方法');```其中，xi是插值点的位置，min和max分别是x向量的最小值和最大值，n是插值点的数量。

'方法'是要使用的插值方法，可以选择线性插值(method='linear')、样条插值(method='spline')等。

2. 绘制插值结果曲线。

```matlabplot(x, y, 'o', xi, yi)legend('原始数据','插值结果')```使用plot函数可以绘制原始数据点和插值结果的曲线。

通过设置不同的插值方法和插值点的数量，可以探索不同的插值效果。

二、数据拟合数据拟合是通过已知的一组数据点，找到一个符合数据趋势的函数模型。

在Matlab中，可以利用polyfit函数进行多项式拟合。

假设我们有一组离散的数据点，存储为两个向量x和y。

那么，可以通过以下步骤进行数据拟合：1. 调用polyfit函数，并传入x和y作为输入参数。

```matlabp = polyfit(x, y, n);```其中，n是多项式的次数，p是拟合多项式的系数。

Matlab中的曲线拟合与插值技巧在数据科学和工程领域中，曲线拟合和插值技术是常用的数学方法。

在Matlab 中，有许多工具和函数可用于处理这些技术。

本文将讨论Matlab中的曲线拟合和插值技巧，并介绍一些实际应用案例。

一、曲线拟合技术曲线拟合是根据已知数据点来构造一个与这些点最匹配的曲线模型。

在Matlab 中，常用的曲线拟合函数包括polyfit和lsqcurvefit。

1. polyfit函数polyfit函数是Matlab中一个功能强大的多项式拟合函数。

它可以拟合多项式曲线模型，并通过最小二乘法找到最佳拟合系数。

例如，我们有一组数据点(x,y)，我们想要拟合一个二次多项式曲线来描述这些数据。

可以使用polyfit函数：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 4, 6, 8, 10];degree = 2;coefficients = polyfit(x, y, degree);```在上述例子中，degree参数设置为2，表示拟合一个二次多项式曲线。

polyfit 函数将返回一个包含拟合系数的向量，可以用来构造拟合曲线。

2. lsqcurvefit函数lsqcurvefit函数是Matlab中一个用于非线性最小二乘拟合的函数。

与polyfit函数不同，lsqcurvefit函数可以用于拟合任意曲线模型，不局限于多项式。

例如，我们想要拟合一个指数函数曲线来拟合数据：```matlabx = [1, 2, 3, 4, 5];y = [1.1, 2.2, 3.7, 6.5, 12.3];model = @(params, x) params(1)*exp(params(2)*x);params0 = [1, 0];estimated_params = lsqcurvefit(model, params0, x, y);```在上述例子中，model是一个函数句柄，表示要拟合的曲线模型。