数学建模学习笔记(三):插值与拟合

tech2025-10-11  6

一、插值方法

在工程和数学应用中,有这样一类数据处理问题,在平面上给定一组离散点列,要求一条曲线,把这些点按次序连接起来。

1. 分段线性插值

将每两个相邻的节点用直线连起来,如此形成的一条折线就是分段线性插值函数,记作

    其中,

越大,分段越多,插值误差越小。

2. 拉格朗日插值多项式

基函数为.   

拉格朗日插值函数

3. 样条插值(后续更)

二、曲线拟合的线性最小二乘法

已知一组(二维)数据,即平面上的n个点互不相同,寻求一个函数,使其在某种准则下与所有数据点最为接近。

线性最小二乘法

     : 事先选定的一组线性无关的函数    : 待定系数

拟合准则:使与的距离的平方和最小(最小二乘准则)

(1)系数的确定

    求 使达到最小

令        

令函数的导数等于0,解为

(2)函数的选取

a. 通过机理分析,确定

b. 将数据作图,直观判断用什么曲线拟合

常用的曲线:i: 直线                     ii: 多项式   

                     iii:  双曲线(一支)       iiii: 指数曲线

可以选几种曲线分别拟合,然后比较,看哪条曲线的最小二乘指标最小。

三、最小二乘优化

在无约束优化问题中,目标韩素由若干个函数的平方和构成,这类函数一般可以写成:

把极小化这类函数的问题, 称为最小二乘优化问题。

四、函数逼近

已知一个较为复杂的连续函数,, 要选择一个较简单的函数, 在一定准则下最接近, 即所谓函数逼近。

常用准则:最小平方逼近, 即  

选一组函数构造,  令, 求 使达到最小。

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