数值分析Lagrange插值法计算实验

数值分析Lagrange插值法计算实验
数值分析Lagrange插值法计算实验

数值分析实验报告(01)

一、实验目的

通过实验锻炼和掌握的能力掌握Lagrange 插值方法并学会利用计算机编程计算函数值。

二、实验内容

给出()ln f x x =的数值表 x

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ln x

-0.916291 -0.693147 -0.510826 -0.356675 -0.223144

用线性插值和二次插值计算的近似值。计算ln(0.54)。

三、编程思路

0.5

图1 程序框图

四、Matlab 程序代码

function y0=lagrange(x,y,x0)

nx=length(x);

ny=length(y);

if nx~=ny

return;

end

n=nx;

y0=0;

for k=1:n

p=1;

for j=1;n

if j~=k

p=p.*(x0-x(j))./(x(k)-x(j));

end

end

y0=y0+p*y(k);

end

% x=[0.5 0.6];

% y=[-0.693147 -0.510826];

x0=0.54;

y0=lagrange(x,y,x0);

y0

% x=[0.4 0.5 0.6];

% y=[-0.916296 -0.693147 -0.510826];

x0=0.54;

y0=lagrange(x,y,x0);

y0

五、数值结果及分析

(数值运行结果及对结果的分析)

y0 =

-0.6202

y0 =

-0.6202

六、实验体会

(计算中出现的问题,解决方法,实验体会)

输入程序时括号含义不明,或者输入括号减少,导致结果错误。仔细检查,寻找错误,

一定要仔细认真

数值分析实验报告1

实验一误差分析 实验1.1(病态问题) 实验目的:算法有“优”与“劣”之分,问题也有“好”与“坏”之别。对数值方法的研究而言,所谓坏问题就是问题本身对扰动敏感者,反之属于好问题。通过本实验可获得一个初步体会。 数值分析的大部分研究课题中,如线性代数方程组、矩阵特征值问题、非线性方程及方程组等都存在病态的问题。病态问题要通过研究和构造特殊的算法来解决,当然一般要付出一些代价(如耗用更多的机器时间、占用更多的存储空间等)。 问题提出:考虑一个高次的代数多项式 显然该多项式的全部根为1,2,…,20共计20个,且每个根都是单重的。现考虑该多项式的一个扰动 其中ε(1.1)和(1.221,,,a a 的输出b ”和“poly ε。 (1(2 (3)写成展 关于α solve 来提高解的精确度,这需要用到将多项式转换为符号多项式的函数poly2sym,函数的具体使用方法可参考Matlab 的帮助。 实验过程: 程序: a=poly(1:20); rr=roots(a); forn=2:21 n form=1:9 ess=10^(-6-m);

ve=zeros(1,21); ve(n)=ess; r=roots(a+ve); -6-m s=max(abs(r-rr)) end end 利用符号函数:(思考题一)a=poly(1:20); y=poly2sym(a); rr=solve(y) n

很容易的得出对一个多次的代数多项式的其中某一项进行很小的扰动,对其多项式的根会有一定的扰动的,所以对于这类病态问题可以借助于MATLAB来进行问题的分析。 学号:06450210 姓名:万轩 实验二插值法

拉格朗日插值实验报告

实验名称: 实验一拉格朗日插值 1引言 我们在生产生活中常常会遇到这样的问题: 某个实际问题中,函数f(x)在区间[a,b ]上存在 且连续,但却很难找到其表达式,只能通过实验和观测得到有限点上的函数表。显然,根据 这些点的函数值来求其它点的函数值是非常困难的。有些情况虽然可以写出表达式,但结构 复杂,使用不方便。所以我们总是希望根据已有的数据点(或函数表)来构造某个简单函数 P(x)作为f(x)的近似值。插值法是解决此类问题的一种比较古老的、 但却很常用的方法。它不 仅直接广泛地应用于生产实际和科学研究中,而且也是进一步学习数值计算方法的基础。 2实验目的和要求 运用Matlab 编写三个.m 文件,定义三种插值函数,要求一次性输入整函数表,并利用 计算机选择在插值计算中所需的节点。分别通过分段线性插值、分段二次插值和全区间上拉 格朗日插值计算 f(0.15),f(0.31),f(0.47)的近似值。已知函数表如下: 3算法原理与流程图 (1)原理 设函数y=在插值区间[a,b ]上连续,且在n+1个不同的插值节点a^X o ,x 1,…,x wb 上分别取 值 y o ,y 1,…,y n 。目的是要在一个性质优良、便于计算的插值函数类 ①中,求一简单函数P(x), 满足插值条 件P(X i )=y i (i=0,1,…”n)而在其他点x I 上,作为f(x)近似值。求插值函数P(x)的 方法称为插值法。在本实验中,采用拉格朗日插值法。 ①分段低次插值 当给定了 n+1个点X 0VXK …

matlab实现数值分析报告插值及积分

Matlab实现数值分析插值及积分 摘要: 数值分析(numerical analysis)是研究分析用计算机求解数学计算问题的数值计算方法及其理论的学科,是数学的一个分支,它以数字计算机求解数学问题的理论和方法为研究对象。在实际生产实践中,常常将实际问题转化为数学模型来解决,这个过程就是数学建模。学习数值分析这门课程可以让我们学到很多的数学建模方法。 分别运用matlab数学软件编程来解决插值问题和数值积分问题。题目中的要求是计算差值和积分,对于问题一,可以分别利用朗格朗日插值公式,牛顿插值公式,埃特金逐次线性插值公式来进行编程求解,具体matlab代码见正文。编程求解出来的结果为:=+。 其中Aitken插值计算的结果图如下: 对于问题二,可以分别利用复化梯形公式,复化的辛卜生公式,复化的柯特斯公式编写程序来进行求解,具体matlab代码见正文。编程求解出来的结果为: 0.6932 其中复化梯形公式计算的结果图如下:

问题重述 问题一:已知列表函数 表格 1 分别用拉格朗日,牛顿,埃特金插值方法计算。 问题二:用复化的梯形公式,复化的辛卜生公式,复化的柯特斯公式计算积分,使精度小于5。 问题解决 问题一:插值方法 对于问题一,用三种差值方法:拉格朗日,牛顿,埃特金差值方法来解决。 一、拉格朗日插值法: 拉格朗日插值多项式如下: 首先构造1+n 个插值节点n x x x ,,,10 上的n 插值基函数,对任一点i x 所对应的插值基函数 )(x l i ,由于在所有),,1,1,,1,0(n i i j x j +-=取零值,因此)(x l i 有因子 )())(()(110n i i x x x x x x x x ----+- 。又因)(x l i 是一个次数不超过n 的多项式,所以只 可能相差一个常数因子,固)(x l i 可表示成: )())(()()(110n i i i x x x x x x x x A x l ----=+- 利用1)(=i i x l 得:

计算方法 课内实验 插值法与函数逼近

《计算方法》课内实验报告 学生姓名:张学阳1009300132 及学号: 学院: 理学院 班级: 数学101 课程名称:计算方法 实验题目:插值法与函数逼近 指导教师 宋云飞讲师 姓名及职称: 朱秀丽讲师 尚宝欣讲师 2012年10月15日

目录 一、实验题目.......................................................... 错误!未定义书签。 二、实验目的.......................................................... 错误!未定义书签。 三、实验内容.......................................................... 错误!未定义书签。 四、实现结果.......................................................... 错误!未定义书签。 五、实验体会或遇到问题 (6)

插值法与函数逼近 二、实验目的 1.熟悉matlab 编写及运行数值计算程序的方法。 2.进一步理解插值法及函数逼近方法的理论基础。 3.进一步掌握给定数据后应用插值法及函数逼近方法进行数据处理并给出图示结果的实际操作过程。 三、实验内容 1.已知函数在下列各点的值为 试用4次牛顿插值多项式)(4x P 及三次样条函数)(x S (自然边界条件)对数据进行插值。给出求解过程,并用图给出 (){},10,1,0),()(,08.02.0,,4 ===+=i x S y x P y i x y x i i i i i 及。 2.下列数据点的插值 可以得到平方根函数的近似。 (1)用这9个点作8次多项式插值)(8x L 。 (2)用三次样条(第一类边界条件)插值给出)(x S 。 给出求解过程,在区间[0,64]上作图,从得到的结果看,在区间[0,64]上哪种插值结果更精确?在区间[0,1]上两种插值哪个更精确? 3.由实验给出数据表 试求3次、4次多项式的曲线拟合,再根据数据曲线形状,求一个另外函数的拟合曲线。给出求解过程,用图表示实验数据曲线及三种拟合曲线。

数值分析总结计划实验一拉格朗日插值算法报告总结计划.doc

拉格朗日插值算法的实现 实验报告 姓名:** 年级:**** 专业:计算机科学与技术科目:数值分析题目:拉格朗日插值算法的实现 实验时间 : 2014 年 5 月27 日实验成绩: 实验教师: 一、实验名称:拉格朗日插值算法的实现 二、实验目的: a.验证拉格朗日插值算法对于不同函数的插值 b. 验证随着插值结点的增多插值曲线的变化情况。 三、实验内容: 拉格朗日插值基函数的一般形式: 也即是: 所以可以得出拉格朗日插值公式的一般形式: 其中, n=1 时,称为线性插值,P1(x) = y 0*l 0(x) + y 1*l 1(x) n=2 时,称为二次插值或抛物插值,精度相对高些, P2(x)= y0 *l 0(x)+ y1*l 1(x)+ y2 *l 2(x) 四、程序关键语句描写 double Lagrange(int n,double X[],double Y[],double x) { double result=0; for (int i=0;i

result+=temp; }// 求出 Pn(x) return result; } 五、实验源代码: #include #include using namespace std; int main() { double Lagrange(int n,double X[],double Y[],double x); //插值函数double x;//要求插值的x的值 double result;//插值的结果 char a='n'; double X[20],Y[20]; do { cout<<" 请输入插值次数n 的值: "<>n; cout<<" 请输入插值点对应的值及函数值(xi,yi):"<>X[k]>>Y[k]; } cout<<" 请输入要求值 x 的值: "<>x; result=Lagrange(n,X,Y,x); cout<<" 由拉格朗日插值法得出结果: "<>a; }while(a=='yes'); return 0; } double Lagrange(int n,double X[],double Y[],double x) { double result=0; for (int i=0;i

数值分析拉格朗日插值法上机实验报告

课题一:拉格朗日插值法 1.实验目的 1.学习和掌握拉格朗日插值多项式。 2.运用拉格朗日插值多项式进行计算。 2.实验过程 作出插值点(1.00,0.00),(-1.00,-3.00),(2.00,4.00)二、算法步骤 已知:某些点的坐标以及点数。 输入:条件点数以及这些点的坐标。 输出:根据给定的点求出其对应的拉格朗日插值多项式的值。 3.程序流程: (1)输入已知点的个数; (2)分别输入已知点的X坐标; (3)分别输入已知点的Y坐标; 程序如下: #include #include #include float lagrange(float *x,float *y,float xx,int n) /*拉格朗日

插值算法*/ { int i,j; float *a,yy=0.0; /*a作为临时变量,记录拉格朗日插值多项*/ a=(float*)malloc(n*sizeof(float)); for(i=0;i<=n-1;i++) { a[i]=y[i]; for(j=0;j<=n-1;j++) if(j!=i) a[i]*=(xx-x[j])/(x[i]-x[j]); yy+=a[i]; } free(a); return yy; } int main() { int i; int n; float x[20],y[20],xx,yy; printf("Input n:");

scanf("%d",&n); if(n<=0) { printf("Error! The value of n must in (0,20)."); getch();return 1; } for(i=0;i<=n-1;i++) { printf("x[%d]:",i); scanf("%f",&x[i]); } printf("\n"); for(i=0;i<=n-1;i++) { printf("y[%d]:",i);scanf("%f",&y[i]); } printf("\n"); printf("Input xx:"); scanf("%f",&xx); yy=lagrange(x,y,xx,n); printf("x=%f,y=%f\n",xx,yy); getch(); } 举例如下:已知当x=1,-1,2时f(x)=0,-3,4,求f(1.5)的值。

数值分析常用的插值方法

数值分析报告 班级: 专业: 流水号: 学号: 姓名:

常用的插值方法 序言 在离散数据的基础上补插连续函数,使得这条连续曲线通过全部给定的离散数据点。插值是离散函数逼近的重要方法,利用它可通过函数在有限个点处的取值状况,估算出函数在其他点处的近似值。 早在6世纪,中国的刘焯已将等距二次插值用于天文计算。17世纪之后,牛顿、拉格朗日分别讨论了等距和非等距的一般插值公式。在近代,插值法仍然是数据处理和编制函数表的常用工具,又是数值积分、数值微分、非线性方程求根和微分方程数值解法的重要基础,许多求解计算公式都是以插值为基础导出的。 插值问题的提法是:假定区间[a,b〕上的实值函数f(x)在该区间上n+1个互不相同点x0,x1……x n处的值是f(x0),……f(x n),要求估算f(x)在[a,b〕中某点的值。其做法是:在事先选定的一个由简单函数构成的有n+1个参数C0, C1,……C n的函数类Φ(C0,C1,……C n)中求出满足条件P(x i)=f(x i)(i=0,1,……n)的函数P(x),并以P(x)作为f(x)的估值。此处f(x)称为被插值函数,x0,x1,……xn 称为插值结(节)点,Φ(C0,C1,……C n)称为插值函数类,上面等式称为插值条件,Φ(C0,……C n)中满足上式的函数称为插值函数,R(x)=f(x)-P(x)称为插值余项。

求解这类问题,它有很多种插值法,其中以拉格朗日(Lagrange)插值和牛顿(Newton)插值为代表的多项式插值最有特点,常用的插值还有Hermit 插值,分段插值和样条插值。 一.拉格朗日插值 1.问题提出: 已知函数()y f x =在n+1个点01,,,n x x x L 上的函数值01,,,n y y y L ,求任意一点 x '的函数值()f x '。 说明:函数()y f x =可能是未知的;也可能是已知的,但它比较复杂,很难计算其函数值()f x '。 2.解决方法: 构造一个n 次代数多项式函数()n P x 来替代未知(或复杂)函数()y f x =,则 用()n P x '作为函数值()f x '的近似值。 设()2012n n n P x a a x a x a x =++++L ,构造()n P x 即是确定n+1个多项式的系数 012,,,,n a a a a L 。 3.构造()n P x 的依据: 当多项式函数()n P x 也同时过已知的n+1个点时,我们可以认为多项式函数 ()n P x 逼近于原来的函数()f x 。根据这个条件,可以写出非齐次线性方程组: 20102000 20112111 2012n n n n n n n n n n a a x a x a x y a a x a x a x y a a x a x a x y ?++++=?++++=?? ? ?++++=?L L L L L 其系数矩阵的行列式D 为范德萌行列式: ()20 0021110 2111n n i j n i j n n n n x x x x x x D x x x x x ≥>≥= = -∏L L M M M M L

数值分析实验(2)word版本

数值分析实验(2)

实验二 插值法 P50 专业班级:信计131班 姓名:段雨博 学号:2013014907 一、实验目的 1、熟悉MATLAB 编程; 2、学习插值方法及程序设计算法。 二、实验题目 1、已知函数在下列各点的值为 试用4次牛顿插值多项式()4P x 及三次样条函数()S x (自然边界条件)对数据进行插值用图给出(){},,0.20.08,0,1,11,10i i i x y x i i =+=,()4P x 及()S x 。 2、在区间[]1,1-上分别取10,20n =用两组等距节点对龙格函数()2 1125f x x = +作多项式插值及三次样条插值,对每个n 值,分别画出插值函数及()f x 的图形。 3、下列数据点的插值 可以得到平方根函数的近似,在区间[]0,64上作图 (1)用这9个点作8次多项式插值()8L x (2)用三次样条(第一边界条件)程序求()S x 从得到结果看在[]0,64上,哪个插值更精确;在区间[]0,1上,两种插值哪个更精确? 三、实验原理与理论基础

1、拉格朗日差值公式 )()(111k k k k k k x x x x y y y x L ---+ =++ 点斜式 k k k k k k k k x x x x y x x x x y x L --+--=++++11111)( 两点式 2、n 次插值基函数 ....,2,1,0,)()(0n j y x l y x L i j n k k k j n ===∑= n k x x x x x x x x x x x x x l n k n k k k k k ,...,1,0,) () (... ) () (... ) () ()(1100=------= -- 3、牛顿插值多项式 ...))(](,,[)](,[)()(102100100+--+++=x x x x x x x f x x x x f x f x P n ))...(](,...,[100---+n n x x x x x x f )(],...,,[)()()(10x x x x f x P x f x R n n n n +=-=ω 4、三次样条函数 若函数],,[)(2b a C x S ∈且在每个小区间],[1+j j x x 上是三次多项式,其中, b x x x a n =<<<=...10是给定节点,则称)(x S 是节点n x x x ,...,,10上的三次样条函数。若在节点j x 上给定函数值),,...,2,1,0)((n j x f y j i ==并成立,,...,2,1,0,)(n j y x S i j ==则称)(x S 为三次样条插值函数。 5、三次样条函数的边界条件 (1)0)()(''''''00''====n n f x S f x S (2)'''00')(,)(n n f x S f x S == 四、实验内容 1、M 文件: function [p]=Newton_Polyfit(X,Y) format long g r=size(X); n=r(2); M=ones(n,n); M(:,1)=Y'; for i=2:n

插值法实验报告

实验二插值法 1、实验目的: 1、掌握直接利用拉格郎日插值多项式计算函数在已知点的函数值;观察拉格郎日插值的龙格现象。 2、了解Hermite插值法、三次样条插值法原理,结合计算公式,确定函数值。 2、实验要求: 1)认真分析题目的条件和要求,复习相关的理论知识,选择适当的解决方案和算法; 2)编写上机实验程序,作好上机前的准备工作; 3)上机调试程序,并试算各种方案,记录计算的结果(包括必要的中间结果); 4)分析和解释计算结果; 5)按照要求书写实验报告; 3、实验内容: 1) 用拉格郎日插值公式确定函数值;对函数f(x)进行拉格郎日插值,并对f(x)与插值多项式的曲线作比较。 已知函数表:(0.56160,0.82741)、(0.56280,0.82659)、(0.56401,0.82577)、(0.56521,0.82495)用三次拉格朗日插值多项式求x=0.5635时函数近似值。 2) 求满足插值条件的插值多项式及余项 1) 4、题目:插值法 5、原理: 拉格郎日插值原理: n次拉格朗日插值多项式为:L n (x)=y l (x)+y 1 l 1 (x)+y 2 l 2 (x)+…+y n l n (x)

n=1时,称为线性插值, L 1(x)=y (x-x 1 )/(x -x 1 )+y 1 (x-x )/(x 1 -x )=y +(y 1 -x )(x-x )/(x 1 -x ) n=2时,称为二次插值或抛物线插值, L 2(x)=y (x-x 1 )(x-x 2 )/(x -x 1 )/(x -x 2 )+y 1 (x-x )(x-x 2 )/(x 1 -x )/(x 1 -x 2 )+y 2 (x -x 0)(x-x 1 )/(x 2 -x )/(x 2 -x 1 ) n=i时, Li= (X-X0)……(X-X i-1)(x-x i+1) ……(x-x n) (X-X0)……(X-X i-1)(x-x i+1) ……(x-x n) 6、设计思想: 拉格朗日插值法是根据n + 1个点x0, x1, ... x n(x0 < x1 < ... x n)的函数值f (x0), f (x1) , ... , f (x n)推出n次多項式p(x),然后n次多項式p (x)求出任意的点x对应的函数值f (x)的算法。 7、对应程序: 1 ) 三次拉格朗日插值多项式求x=0.5635时函数近似值 #include"stdio.h" #define n 5 void main() { int i,j; float x[n],y[n]; float x1; float a=1; float b=1; float lx=0; printf("\n请输入想要求解的X:\n x="); scanf("%f",&x1); printf("请输入所有点的横纵坐标:\n"); for(i=1;i

数值分析常用的插值方法

数值分析 报告 班级: 专业: 流水号: 学号: 姓名:

常用的插值方法 序言 在离散数据的基础上补插连续函数,使得这条连续曲线通过全部给定的离散数据点。插值是离散函数逼近的重要方法,利用它可通过函数在有限个点处的取值状况,估算出函数在其他点处的近似值。 早在6世纪,中国的刘焯已将等距二次插值用于天文计算。17世纪之后,牛顿、拉格朗日分别讨论了等距和非等距的一般插值公式。在近代,插值法仍然是数据处理和编制函数表的常用工具,又是数值积分、数值微分、非线性方程求根和微分方程数值解法的重要基础,许多求解计算公式都是以插值为基础导出的。 插值问题的提法是:假定区间[a,b〕上的实值函数f(x)在该区间上 n+1 个互不相同点x 0,x 1 (x) n 处的值是f(x ),……f(x n ),要求估算f(x)在[a,b〕 中某点的值。其做法是:在事先选定的一个由简单函数构成的有n+1个参数C , C 1,……C n 的函数类Φ(C ,C 1 ,……C n )中求出满足条件P(x i )=f(x i )(i=0,1,…… n)的函数P(x),并以P(x)作为f(x)的估值。此处f(x)称为被插值函数,x 0,x 1 ,……xn 称为插值结(节)点,Φ(C 0,C 1 ,……C n )称为插值函数类,上面等式称为插值条件, Φ(C 0,……C n )中满足上式的函数称为插值函数,R(x)= f(x)-P(x)称为 插值余项。

求解这类问题,它有很多种插值法,其中以拉格朗日(Lagrange)插值和牛顿(Newton)插值为代表的多项式插值最有特点,常用的插值还有Hermit 插值,分段插值和样条插值。 一.拉格朗日插值 1.问题提出: 已知函数()y f x =在n+1个点01,, ,n x x x 上的函数值01,, ,n y y y ,求任意一点 x '的函数值()f x '。 说明:函数()y f x =可能是未知的;也可能是已知的,但它比较复杂,很难计算其函数值()f x '。 2.解决方法: 构造一个n 次代数多项式函数()n P x 来替代未知(或复杂)函数()y f x =,则 用()n P x '作为函数值()f x '的近似值。 设()2012n n n P x a a x a x a x =+++ +,构造()n P x 即是确定n+1个多项式的系数 012,,,,n a a a a 。 3.构造()n P x 的依据: 当多项式函数()n P x 也同时过已知的n+1个点时,我们可以认为多项式函数 ()n P x 逼近于原来的函数()f x 。根据这个条件,可以写出非齐次线性方程组: 20102000 201121112012n n n n n n n n n n a a x a x a x y a a x a x a x y a a x a x a x y ?+++ +=?++++=??? ?+++ +=? 其系数矩阵的行列式D 为范德萌行列式: () 200021110 2 111n n i j n i j n n n n x x x x x x D x x x x x ≥>≥= = -∏

计算方法实验

算方法实验指导 姓名学号院系专业哈尔滨工业大学

计算方法实验指导 根据实际问题建立的数学模型,一般不能求出所谓的解析解,必须针对数学模型 的特点确定适当的计算方法,编制出计算机能够执行的计算程序,输入计算机,进行 调试,完成运算,如果计算结果存在问题或不知是否正确,还需要重新确定新的计算 方法,再编制出计算程序,输入计算机,重新调试,完成运算,直至获得正确的计算 结果,这就是数值计算的全部过程。 学生在学习“计算方法”和“高级语言”等课程时普遍存在的问题是:只会套用 教科书中的标准程序进行数值计算,很少有人能够独立地将学过的数值算法编制成计 算机程序,至于灵活应用已经掌握的算法求解综合性较大的课题,则更是困难的事情。 编写《计算方法实验指导》的目的是:突出数值计算程序结构化的思想。提高学 生的编程能力,加深对“计算方法”课程内容的理解和掌握,为”计算方法“课程的 教学服务,进一步奠定从事数值计算工作的基础。具体地 1. 根据“计算方法”课程内容的特点,给出五个典型算法的分析流程,学生可以 利用所掌握的 “高级语言”顺利地编制出计算机程序,上机实习,完成实验环节的教 学要求。 2. 所有的计算实习题目都经过任课教师逐一检验,准确无误。 3. 充分利用循环的思想、 迭代的思想, 给出算法结构描述和程序语言的对应关系, 有利于学生编 制相应的程序。 4. 结合实习题目,提出实验要求,要求学生按规范格式写出相应的实验报告,实 验报告成绩记入 期末总成绩。需要提醒学生:不能简单地套用现成的标准程序完成实 验题目,应当把重点放在对算法的理解、程序的优化设计、上机调试和计算结果分析 上,否则就失去实验课的目的啦。 5. 五个具体的实验题目是: 实验题目 实验题目 实验题目 实验题目 实验题目 要求必须完 成其中三个(如果全部完成更好) 。 1 拉格朗日 (Lagrange) 插值 2 龙贝格 (Romberg) 积分法 3 四阶龙格—库塔 (Runge — Kutta) 方法 4 牛顿 (Newton) 迭代法 5 高斯 (Gauss) 列主元消去法

数值分析作业-三次样条插值

数值计算方法作业 实验4.3 三次样条差值函数 实验目的: 掌握三次样条插值函数的三弯矩方法。 实验函数: dt e x f x t ? ∞ -- = 2 221)(π x 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 F(x) 0.5000 0.5398 0.5793 0.6179 0.7554 求f(0.13)和f(0.36)的近似值 实验内容: (1) 编程实现求三次样条插值函数的算法,分别考虑不同的边界条件; (2) 计算各插值节点的弯矩值; (3) 在同一坐标系中绘制函数f(x),插值多项式,三次样条插值多项式的曲线 比较插值结果。 实验4.5 三次样条差值函数的收敛性 实验目的: 多项式插值不一定是收敛的,即插值的节点多,效果不一定好。对三次样条插值函数如何呢?理论上证明三次样条插值函数的收敛性是比较困难的,通过本实验可以证明这一理论结果。 实验内容: 按照一定的规则分别选择等距或非等距的插值节点,并不断增加插值节点的个数。 实验要求: (1) 随着节点个数的增加,比较被逼近函数和三样条插值函数的误差变化情 况,分析所得结果并与拉格朗日插值多项式比较; (2) 三次样条插值函数的思想最早产生于工业部门。作为工业应用的例子,考 实验名称 实验 4.3三次样条插值函数(P126) 4.5三次样条插值函数的收敛性(P127) 实验时间 姓名 班级 学号 成绩

虑如下例子:某汽车制造商根据三次样条插值函数设计车门曲线,其中一 段数据如下: k x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 k y 0.0 0.79 1.53 2.19 2.71 3.03 3.27 2.89 3.06 3.19 3.29 k y ' 0.8 0.2 算法描述: 拉格朗日插值: 错误!未找到引用源。 其中错误!未找到引用源。是拉格朗日基函数,其表达式为:() ∏ ≠=--=n i j j j i j i x x x x x l 0) ()( 牛顿插值: ) )...()(](,...,,[....))(0](,,[)0](,[)()(1102101210100----++--+-+=n n n x x x x x x x x x x f x x x x x x x f x x x x f x f x N 其中????? ?? ?? ?????? --=--= --= -)/(]),...,[],...,[(]...,[..],[],[],,[)()(],[01102110x x x x x f x x x f x x x f x x x x f x x f x x x f x x x f x f x x f n n n n i k j i k j k j i j i j i j i 三样条插值: 所谓三次样条插值多项式Sn(x)是一种分段函数,它在节点Xi(a

计算方法-插值方法实验

实验一插值方法 一. 实验目的 (1)熟悉数值插值方法的基本思想,解决某些实际插值问题,加深对数值插值方法 的理解。 (2)熟悉Matlab 编程环境,利用Matlab 实现具体的插值算法,并进行可视化显示。 二. 实验要求 用Matlab 软件实现Lagrange 插值、分段线性插值、三次Hermite 插值、Aitken 逐步插值算法,并用实例在计算机上计算和作图。 三. 实验内容 1. 实验题目 (1 ) 已 知概 率积 分dx e y x x ?-= 2 2 π 的数据表 构造适合该数据表的一次、二次和三次Lagrange 插值公式,输出公式及其图形,并计算x =0.472时的积分值。 答: ①一次插值公式: 输入下面内容就可以得到一次插值结果 >> X=[0.47,0.48];Y=[0.4937452,0.5027498]; >> x=0.472; >> (x-X(2))/(X(1)-X(2))*Y(1)+(x-X(1))/(X(2)-X(1))*Y(2) ans =0.495546120000000 >> ②两次插值公式为: 输入下面内容就可以得到两次插值结果 >> X=[0.46,0.47,0.48];Y=[0.4846555,0.4937452,0.5027498]; >> x=0.472; >>(x-X(2))*(x-X(3))/((X(1)-X(2))*(X(1)-X(3)))*Y(1)+(x-X(1))*(x-X(3))/((X(2)-X(1))*(X(2)-X(3)))*Y(2)+(x-X(2))*(x-X(1))/((X(3)-X(2))*(X(3)-X(1)))*Y(3) i 0 1 2 3 x 0.46 047 0.48 0.49 y 0.4846555 0.4937452 0.5027498 0.5116683

计算方法实验报告 插值

实验名称:插值计算 1引言 在生产和科研中出现的函数是多种多样的。常常会遇到这样的情况:在某个实际问题中,虽然可以断定所考虑的函数f(x)在区间[a,b]上存在且连续,但却难以找到它的解析表达式,只能通过实验和观测得到在有限个点上的函数值。用这张函数表来直接求出其他点的函数值是非常困难的,在有些情况下,虽然可以写出f(x)的解析表达式,但由于结构十分复杂,使用起来很不方便。面对这些情况,构造函数P(x)作为f(x)的近似,插值法是解决此类问题比较古老却目前常用的方法,不仅直接广泛地应用与生产实际和科学研究中,而且是进一步学习数值计算方法的基础。 设函数y=f(x)在区间[a,b]上连续,且在n+1个不同的点a≤x0,x1……,xn≤b上分别取值y0,y1……,yn. 插值的目的就是要在一个性质优良、便于计算的函数φ中,求一简单函数P(x),使P(xi)=yi(i=0,1…,n)而在其他点x≠xi上,作为f(x)的近似。 通常,称区间[a,b]为插值区间,称点x0,x1,…,xn为插值节点,上式为插值条件,称函数类φ为插值函数类,称P(x)为函数f(x)在节点x0,x1,…,xn处的插值函数,求插值函数P(x)的方法称为插值法。 2实验目的和要求 用matlab定义分段线性插值函数、分段二次插值函数、拉格朗日插值函数,输入所给函 数表,并利用计算机选择在插值计算中所需的节点,计算f(0.15),f(0.31),f(0.47)的近似值。

3算法描述 1.分段线性插值流程图

2.分段二次插值流程图

3.拉格朗日插值流程图

4程序代码及注释 1.分段线性插值

插值与多项式逼近的数组计算方法实验讲解

插值与多项式逼近的数组计算方法实验 郑发进 2012042020022 【摘要】计算机软件中经常要用到库函数,如) cos,x e,它们 (x (x sin,) 是用多项式逼近来计算的。虽然目前最先进的逼近方法是有理函数(即多项式的商),但多项式逼近理论更适于作为数值分析的入门课程。在已知数据具有高精度的情况下,通常用组合多项式来构造过给定数据点的多项式。构造组合多项式的方法有许多种,如线性方程求解、拉格朗日系数多项式以及构造牛顿多项式的方分和系数表。 关键字泰勒级数、拉格朗日插值法、牛顿插值法、帕德逼近 一、实验目的 1.通过具体实验,掌握泰勒级数、拉格朗日插值法、牛顿插值法、帕德逼近的编程技巧。 2.比较各插值方法的优劣并掌握。 二、实验原理 1.泰勒级数 在数学中,泰勒级数(英语:Taylor series)用无限项连加式——级数来表示一个函数,这些相加的项由函数在某一点的导数求得。 如果在点x=x 具有任意阶导数,则幂级数 称为在点x 处的泰勒级数。 =0,得到的级数 在泰勒公式中,取x 称为麦克劳林级数。函数的麦克劳林级数是x的幂级数,那么这种展开

是唯一的,且必然与的麦克劳林级数一致。 2.拉格朗日插值法 如对实践中的某个物理量进行观测,在若干个不同的地方得到相应的观测值,拉格朗日插值法可以找到一个多项式,其恰好在各个观测的点取到观测到的值。这样的多项式称为拉格朗日(插值)多项式。数学上来说,拉格朗日插值法可以给出一个恰好穿过二维平面上若干个已知点的多项式函数。 在平面上有(x 1,y 1)(x 2,y 2)...(x n ,y n )共n 个点,现作一条函数f (x )使其图像经过这n 个点。 作n 个多项式p i (x),i=1,2,3...,n,使得 最后可得 3.牛顿插值法 插值法利用函数f (x)在某区间中若干点的函数值,作出适当的特定函数,在这些点上取已知值,在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f (x)的近似值。如果这特定函数是多项式,就称它为插值多项式。利用插值基函数很容易得到拉格朗日插值多项式,公式结构紧凑,在理论分析中甚为方便,但当插值节点增减时全部插值基函数均要随之变化,整个公式也将发生变化, 这在实际计算中是很不方便的,为了克服这一缺点,提出了牛顿插值。 牛顿插值通过求各阶差商,递推得到的一个公式: 10121()()()()()()N N N N P x P x a x x x x x x x x --=+---- 牛顿插值与拉格朗日插值具有唯一性。 4.帕德逼近 它不仅与逼近论中其他许多方法有着密切的关系,而且在实际问题特别是许多物理问题中有着广泛的应用。设是在原点某邻域内收敛的、具有复系数的麦克劳林级数。欲确定一个有理函数,式中,使得前次方的系数为0,即使得 此处约定qk =0(k>n )。虽然所求得的Pm(z)和Qn(z)不惟一,但是比式却总是惟一的。有理函数称为F(z)的(m,n)级帕德逼近,记为(m/n)。由(m/n)所形成的阵列称为帕德表。

数值分析实验报告-插值、三次样条

实验报告:牛顿差值多项式&三次样条 问题:在区间[-1,1]上分别取n=10、20用两组等距节点对龙格函数21()25f x x 作多项式插值及三次样条插值,对每个n 值,分别画出插值函数及()f x 的图形。 实验目的:通过编程实现牛顿插值方法和三次样条方法,加深对多项式插值的理解。应用所编程序解决实际算例。 实验要求: 1. 认真分析问题,深刻理解相关理论知识并能熟练应用; 2. 编写相关程序并进行实验; 3. 调试程序,得到最终结果; 4. 分析解释实验结果; 5. 按照要求完成实验报告。 实验原理: 详见《数值分析 第5版》第二章相关容。 实验容: (1)牛顿插值多项式 1.1 当n=10时: 在Matlab 下编写代码完成计算和画图。结果如下: 代码: clear all clc x1=-1:0.2:1; y1=1./(1+25.*x1.^2); n=length(x1); f=y1(:); for j=2:n for i=n:-1:j f(i)=(f(i)-f(i-1))/(x1(i)-x1(i-j+1)); end end syms F x p ; F(1)=1;p(1)=y1(1); for i=2:n F(i)=F(i-1)*(x-x1(i-1)); p(i)=f(i)*F(i); end

syms P P=sum(p); P10=vpa(expand(P),5); x0=-1:0.001:1; y0=subs(P,x,x0); y2=subs(1/(1+25*x^2),x,x0); plot(x0,y0,x0,y2) grid on xlabel('x') ylabel('y') P10即我们所求的牛顿插值多项式,其结果为:P10(x)=-220.94*x^10+494.91*x^8-9.5065e-14*x^7-381.43*x^6-8.504e-14*x^5+123.36*x^4+2.0202e-1 4*x^3-16.855*x^2-6.6594e-16*x+1.0 并且这里也能得到该牛顿插值多项式的在[-1,1]上的图形,并和原函数进行对比(见Fig.1)。 Fig.1 牛顿插值多项式(n=10)函数和原函数图形 从图形中我们可以明显的观察出插值函数在两端点处发生了剧烈的波动,产生了极大的误差,即龙格现象,当n=20时,这一现象将更加明显。 1.2 当n=20时: 对n=10的代码进行修改就可以得到n=20时的代码。将“x1=-1:0.2:1;”改为“x1=-1:0.1:1;”即可。运行程序,我们得到n=20时的牛顿插值多项式,结果为:P20(x)= 260188.0*x^20 - 1.0121e6*x^18 + 2.6193e-12*x^17 + 1.6392e6*x^16 + 2.248e-11*x^15 - 1.4429e6*x^14 - 4.6331e-11*x^13 + 757299.0*x^12 + 1.7687e-11*x^11 - 245255.0*x^10 + 2.1019e-11*x^9 + 49318.0*x^8 + 3.5903e-12*x^7 - 6119.2*x^6 - 1.5935e-12*x^5 + 470.85*x^4 + 1.3597e-14*x^3 - 24.143*x^2 - 1.738e-14*x + 1.0 同样的,这里得到了该牛顿插值多项式的在[-1,1]上的图形,并和原函数进行对比(见Fig.2)。

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