拉格朗日插值公式--计算方法
拉格朗日插值公式变形
拉格朗日插值公式变形
拉格朗日插值公式的变形可以通过改变变量和系数来实现，下面是一个例子：
拉格朗日插值公式可以表示为$f(k)=\sum_{i=0}^{n}y_i\prod_{j\neq i}(k-x_j)(x_i-x_j)$。
如果我们将$x_i$代入公式，那么只要第$i$项存在（不为$0$），其他项都是$0$（因为其他项的分子一定会存在$x_j-x_j$或$x_i-x_j$，导致分子是$0$），且$\prod_{j\neq i}(k-x_j)(x_i-x_j)$项一定是$1$。
这样我们就得到了一个$n$次多项式。
为了减少计算复杂度，可以采用连续取值的方法，假设$x=1,2,3,\ldots,n$，将这些数代入公式，得到化简版：
$f(x)=\sum_{i=0}^{n}y_i\prod_{j\neq i}(k-j)(i-j)$
分子可以通过预处理前缀积$\prod_{j=1}^{n}(k-j)\prod_{j=1}^{n}(k-j)$得到；分母可以通过预处理阶乘得到。
这样得到了$O(n)$的算法，公式如下：
$f(x)=\sum_{i=0}^{n}y_i\pre{i-1}×suf{i+1}(fac(i)×fac(n-i))$
其中，$\pre{i-1}$和$suf{i+1}$分别表示前缀和后缀运算，$fac(n-i)$表示阶乘运算。
二次拉格朗日插值公式
二次拉格朗日插值公式二次拉格朗日插值公式是一种常用的插值方法，用于通过已知数据点来估计未知数据点的值。
它在数学和工程领域具有广泛的应用，如信号处理、图像处理、数据拟合等。
本文将对二次拉格朗日插值公式进行详细介绍，并探讨其原理和应用。
我们来了解一下二次拉格朗日插值公式的基本概念。
在一维插值问题中，假设我们已知三个数据点(x0, y0)，(x1, y1)，(x2, y2)，其中x0 < x1 < x2，我们希望通过这三个数据点来估计给定的未知数据点x的值y。
二次拉格朗日插值公式可以通过以下公式计算出估计值y：y = ((x - x1)(x - x2)y0) / ((x0 - x1)(x0 - x2)) + ((x - x0)(x - x2)y1) / ((x1 - x0)(x1 - x2)) + ((x - x0)(x - x1)y2) / ((x2 - x0)(x2 - x1))二次拉格朗日插值公式的优点是简单易用，计算量较小。
但同时也存在一些限制，如对于非等距数据点的插值效果较差，容易产生龙格现象等。
二次拉格朗日插值公式在实际应用中有很多场景。
例如，在信号处理中，我们经常需要对离散信号进行插值，以便恢复缺失的信号或者提高信号的采样率。
二次拉格朗日插值公式可以很好地完成这个任务。
另外，在图像处理中，我们常常需要对图像进行放大或缩小操作，这也可以通过插值来实现。
二次拉格朗日插值公式在图像处理中有着广泛的应用，并且取得了良好的效果。
除了一维插值问题，二次拉格朗日插值公式还可以推广到高维插值问题。
例如，在二维图像处理中，我们可以通过已知的四个像素点来估计未知像素点的值。
这个问题可以通过二次拉格朗日插值公式进行求解，得到较为准确的估计值。
二次拉格朗日插值公式是一种常用且有效的插值方法，广泛应用于数学和工程领域。
它通过已知数据点来估计未知数据点的值，具有简单易用、计算量小的优点。
在实际应用中，二次拉格朗日插值公式被广泛应用于信号处理、图像处理、数据拟合等领域。
拉格朗日 插值 区间误差限
拉格朗日插值区间误差限拉格朗日插值方法是一种常用的数值插值方法，用于在给定一组已知数据点的情况下，通过构造一个多项式函数来拟合这些数据点，并在插值区间内求得未知值。
然而，由于插值方法的近似性质，插值结果与真实值之间总会存在一定的误差。
本文将介绍拉格朗日插值法以及其误差限的计算方法。
一、拉格朗日插值法简介拉格朗日插值法是一种基于多项式的插值方法，其基本思想是通过构造一个满足给定数据点的插值多项式来逼近真实的函数曲线。
具体而言，对于给定的n个数据点(xi, yi)，拉格朗日插值法的插值多项式可以表示为：P(x) = Σ[ yi * Li(x) ]，i=0 to n其中，Li(x)是拉格朗日基函数，定义为：Li(x) = Π[ (x - xj) / (xi - xj) ]，j=0 to n，i ≠ j这样，通过求解插值多项式P(x)，我们可以在插值区间内求得未知值。
二、插值误差限的计算尽管拉格朗日插值法可以通过构造插值多项式来逼近真实函数曲线，但由于插值方法本质上是一种近似方法，插值结果与真实值之间总会存在一定的误差。
我们可以通过计算插值误差限来评估插值的可靠性。
在拉格朗日插值法中，插值误差限可通过以下等式进行估计：| f(x) - P(x) | ≤ M / (n + 1)! * | x - x0 | * | x - x1 | * ... * | x - xn |其中，f(x)是真实函数的值，P(x)是插值多项式的值，M是插值区间上函数f(x)的最大导数的上界，n是插值多项式的次数。
三、拉格朗日插值法的应用示例为了更好地理解拉格朗日插值法及其误差限的计算方法，我们来看一个具体的示例。
假设我们要通过拉格朗日插值法来估计函数f(x) = sin(x)在区间[0, π]内的某个未知值。
已知在该区间内取了n+1个等间距的数据点(xi, yi)，其中i=0, 1, 2, ..., n。
首先，我们可以根据已知数据点构造拉格朗日插值多项式P(x)，并计算出未知值的近似值。
拉格朗日插值法总结
拉格朗日插值法总结拉格朗日插值法2008-05-12 16：44一、问题的背景在实际问题中常遇到这样的函数y=f(x),其在某个区间[a,b]上是存在的。
但是,通过观察或测量或试验只能得到在区间[a,b]上有限个离散点x0,x1,…,xn上的函数值yi=f(xi),(i=0,1,…,n)。
或者f(x)的函数f(x)表达式是已知的,但却很复杂而不便于计算；希望用一个既能反映函数f(x)的特性，又便于计算的简单函数来描述它。
二、插值问题的数学提法：已知函数在n+1个点x0,x1,…,xn上的函数值yi=f(xi),(i=0,1,…,n)求一个简单函数y=P(x),使其满足：P(xi)=yi,(i=0,1,…,n)。
即要求该简单函数的曲线要经过y=f(x)上已知的这个n+1个点：(x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn),同时在其它x∈[a,b]上要估计误差：R(x)=f(x)-P(x)其中P(x)为f(x)的插值函数，x0,x1,…,xn称为插值节点，包含插值节点的区间[a,b]称为插值区间，求插值函数P(x)的方法称为插值法。
若P(x)是次数不超过n的代数多项式，就称P(x)为插值多项式，相应的插值法称为多项式插值。
若P(x)是分段的多项式，就是分段插值。
若P(x)是三角多项式，就称三角插值。
三、插值方法面临的几个问题第一个问题：根据实际问题选择恰当的函数类。
本章我们选择代数多项式类，其原因有两个：(1)代数多项式类简单；微分、积分运算易于实行；(2)根据著名的Weierstrass逼近定理，任何连续的函数都可以用代数多项式作任意精确的逼近。
第二个问题：构造插值函数P(x),使其满足：P(xi)=yi,(i=0,1,…,n)与此相关的问题是：插值问题是否可解(存在性的问题)，如果有解,是否唯一?(唯一性的问题)第三个问题：插值误差R(x)=f(x)-P(x)的估计问题。
与此相关的问题是插值过程的收敛性的问题。
几种插值法简介
举例来看：可以认为某水文要素T 随时间t 的变化是连续的，某一个测点的水文要素T 可以看作时间的函数T=f(t)，这样在实际水文观测中，对测得的（n+1）个有序值进行插值计算来获取任意时间上的要素值。
①平均值法：若求T i 和T i+1之间任一点T ，则直接取T 为T i 和T i+1的平均值。
插值公式为：T=T i +T i+12②拉格朗日（Lagrange ）插值法：若求T i 和T i+1之间任一点T ，则可用T i-1、T 1、T i+1三个点来求得，也可用T i 、T i+1、T i+2这三个点来求得。
前三点内插公式为：T=(t-t i )(t-t i+1)(t i-1-t i )(t i-1-t i+1) T i-1+(t-t i-1)(t-t i+1)(t-t i-1)(t-t i+1) T i +(t-t i )(t-t i-1)(t i+1-t i )(t i+1-t i-1) T i+1后三点内插公式为：T=(t-t i+1)(t-t i+2)(t i -t i+1)(t i -t i+2) T i +(t-t i )(t-t i+2)(ti-t i )(t i -t i+2) T i+1+(t-t i )(t-t i+1)(t i+2-t i )(t i+2-t i+1) T i+2为提高插值结果可靠性，可将前后3点内插值再进一步平均。
③阿基玛（Akima ）插值法：对函数T=f(t)的n+1个有序型值中任意两点T i 和T i+1满足：f(t i )=T i df dt |t-ti =k i f’(t i+1)=T’i df dt|t-ti+1=k i+1 式中k i ，k i+1为曲线f(t)在这两点的斜率，而每点的斜率和周围4个点有关，插值公式为：T=P 0+P 1(t-t i )+P 2(t-t i )2+P 3(t-t i )3，来对T i 和T i+1之间的一点T 进行内差。
插值法的计算公式
插值法的计算公式
插值法是一种常用的数值计算方法，可以用来估计一个函数在某些未知点的函数值。
在插值法中，我们需要知道函数在一些已知点上的值，然后根据这些值来求解函数在其他点上的值。
以下是插值法的计算公式：
1. 拉格朗日插值法
对于给定的函数f(x)，已知n个插值点(x1,y1)，(x2,y2)，...，(xn,yn)，可以通过拉格朗日插值法来求解f(x)在任意点x处的函数值。
拉格朗日插值公式：
f(x) = Σ(i=1 to n) yi*li(x)
其中，li(x)表示拉格朗日插值基函数，计算公式为：
li(x) = Π(j=1 to n, j≠i) (x-xj)/(xi-xj)
2. 牛顿插值法
牛顿插值法是一种递推算法，可以通过已知的插值点(x0,y0)，(x1,y1)，...，(xn,yn)来求解f(x)在任意点x处的函数值。
牛顿插值公式：
f(x) = y0 + Σ(i=1 to n) [Π(j=0 to i-1) (x-xj)/(xi-xj)] * Δi
其中，Δi表示牛顿前向差商，计算公式为：
Δ0y0 = y0
Δi yi = (Δi-1 yi+1 - Δi-1 yi) / (xi+i - xi)
以上是插值法的计算公式，可以根据具体的问题选择合适的插值方法来进行求解。
二次拉格朗日插值公式
二次拉格朗日插值公式\[ P(x) = f(x_0)\frac{(x-x_1)(x-x_2)}{(x_0-x_1)(x_0-x_2)} + f(x_1)\frac{(x-x_0)(x-x_2)}{(x_1-x_0)(x_1-x_2)} +f(x_2)\frac{(x-x_0)(x-x_1)}{(x_2-x_0)(x_2-x_1)} \]其中，\(P(x)\)表示通过插值得到的二次函数的值，\(f(x_i)\)表示已知数据点处的函数值，\(x_i\)表示已知数据点的横坐标，\(x\)表示要求解的点的横坐标。
下面我们来详细解释一下二次拉格朗日插值公式的原理和推导过程。
\[P(x)=a(x-x_1)(x-x_2)+b(x-x_0)(x-x_2)+c(x-x_0)(x-x_1)\]其中，\(a,b,c\)是待定系数。
我们要按照已知数据点的函数值来确定这些系数。
首先，我们将\(P(x)\)代入上面的公式中，得到：\[P(x_0)=a(x_0-x_1)(x_0-x_2)+b(x_0-x_0)(x_0-x_2)+c(x_0-x_0)(x_0-x_1)\]\[P(x_1)=a(x_1-x_1)(x_1-x_2)+b(x_1-x_0)(x_1-x_2)+c(x_1-x_0)(x_1-x_1)\]\[P(x_2)=a(x_2-x_1)(x_2-x_2)+b(x_2-x_0)(x_2-x_2)+c(x_2-x_0)(x_2-x_1)\]化简上述方程组，继续得到：\[P(x_0)=a(x_0-x_1)(x_0-x_2)\]\[P(x_1)=c(x_1-x_0)(x_1-x_1)\]\[P(x_2)=b(x_2-x_0)(x_2-x_2)\]由于\((x_0-x_1),(x_0-x_2),(x_1-x_0),(x_1-x_2),(x_2-x_0),(x_2-x_1)\)这些差值均不等于零，所以我们可以通过上面的方程组解出\(a,b,c\)的值。
excel拉格朗日插值函数
excel拉格朗日插值函数Excel拉格朗日插值函数是一种常用的数据插值方法，在很多领域都有应用，比如工程建模、生物信息学、金融分析等。
本文将从介绍插值方法的基本原理、数学公式和Excel计算方法方面进行讲解，希望使读者能够更好地掌握Excel拉格朗日插值函数的使用方法。
一、插值方法的基本原理插值方法是一种基于已知数据点推导出未知数据点值的数学方法。
在实际应用过程中，很多情况下我们只知道若干个数据点的取值，但是我们需要获得数据点之间的中间值或者在这些数据点之外的其他值。
这时候，插值方法就可以发挥作用。
插值方法的基本思路是，利用已知点之间的最高次多项式函数将数据点连接起来，然后求出函数在某个未知点的取值。
一般来说，如果已知数据点越多，则插值计算得到的结果越准确。
在拉格朗日插值方法中，我们使用拉格朗日多项式来计算未知点的取值。
拉格朗日多项式的原理是，将已知点看作多个线性项的积，然后通过一系列复杂的运算，得到一个关于自变量x的多项式函数。
二、拉格朗日插值法的数学公式假设我们有n个数据点{(x1,y1),(x2,y2),...(xn,yn)}，其中x1<x2<...<xn。
我们需要在这些数据点之间插值计算出某个未知点x的函数值y。
y = Σ(yi * Li(x))i从1到n，Li(x)为拉格朗日多项式（Lagrange polynomial），表达式为：Li(x) = Π(j ≠ i)((x - xj)/(xi - xj))j从1到n。
三、Excel计算方法Excel中可以使用插值函数进行插值计算。
要使用拉格朗日插值函数，可以先使用X轴和Y轴的数据点构建一个散点图，然后使用趋势线功能来生成拉格朗日插值函数的公式。
1. 创建散点图在Excel中选中所需要插值的数据点，然后点击插入菜单中的散点图选项。
这时候，Excel将在新的工作表中创建一个散点图，并根据数据点自动添加X轴和Y轴的标签。
2. 添加趋势线在散点图中，我们需要生成一条趋势线来表示拉格朗日插值函数。
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k 0 k 0 j 0 j k
n
n
n
x xj xk x j
) yk
(10)
事实上由于每个插值基函数lk(x)都是n次式， pn(x)的次数≤n，又据（9）式有
pn ( x) yk lk ( xi ) yi
k 0 n
即pn(x)满足插值条件（2）.
2011-6-1
考试答卷
1 1 0 0 0 0
问题3 求作一次式p1(x)，使满足条 件：p1(x0)=y0,p1(x1)=y1 从几何图形上看，y=p1(x)
我们知道，线性公式（3）亦可表示为下列对称式 x x x x p ( x) y y （4） x x x x 若令： l ( x ) x x1 , l ( x) x x0
这表明除xk以外的所有节点都是lk(x)的零 n 点故
l k ( x ) c ( x x j )
j 0 j k
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考试答卷
9
这里∏的含义是累乘， 表示乘积遍取下标j 从0到除k以外的全部值. 利用插值基函数容易得出问题2的解
j 0 jk
n
pn ( x) yk lk ( x) (
§1.2 拉格朗日插值公式
------《数值分析简明教程》
1、线性插值
2、抛物插值
3、一般情况
2011-6-1 考试答卷 1
1、线性插值
首先考察线性插值的简单情形。
表示通过两点(x0,y0),(x1,y1)的直线。因此，一次插 值亦称线性插值。 上述简单的线性插值是人们所熟悉的，它的解p1(x) y y x x p 1 ( x ) y 可表为下列点斜式 x x 例2 已知 100 10, 121 11 , 求y 115(3) 解：这里x0=100，y0=10，x1=121，y1=11.令 x=115代入（3）,求得y=10.71428，这个结果有3 位有效数字（试与例1的结果相比较） . 2011-6-1 2 考试答卷
l1 ( x) ( x x0 )(x x2 ) ( x x0 )(x x1 ) , l2 ( x ) ( x1 x0 )(x2 x1 ) ( x2 x0 )(x2 x1 )
这样构造出的l0(x),l1(x)和l2(x)称作问题4的插值 基函数 设取已知数据y0,y1,y2作为组合系数，将插值基 函数l0(x),l1(x),l2(x)组合得：
l0 ( x) ( x x0 )(x x2 ) ( x0 x1 )(x0 x2 )
类似的可以构造出满足条件： l1(x1)=1,l1(x0)=l1(x2)=0 2011-6-1 l2(x2)=1,l2(x0)=l2(x1)=0 。 考试答卷
6
的插值多项式l1(x)与l2(x),其表达式分别为：
2011-6-1
考试答卷
8
3.一般情况
进一步求解一般形式的问题2.仿照线性 插值和抛物插值所采用的方法，仍从构 造所谓插值基函数入手.这里的插值基函 数lk(x)=0,1,2,…,n)是n次多项式，且满 足条件
0, j k lk ( x j ) kj 1, j k (9)
容易看出这样构造出的p2(x)满足条件（6）。因 而他就是问题4的解
2011-6-1 考试答卷 7
例3 利用100,121和144的开方值 求 115 解：用抛物插值，这里 x0=100,y0=10,x1=121,y1=11,x2=1 44,y2=12.令x=115代人式（8）， 求得 115 近似值为10.7228.同精确值比较， 这里得到有4位有效数字的结果。
( x x0 )(x x 2 ) ( x x0 )(x x1 ) ( x x1 )(x x2 ) p2 ( x) y0 y1 y2 ( x0 x1 )(x0 x2 ) ( x1 x0 )(x1 x2 ) ( x2 x0 )(x2 x1 ) (8)
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考试答卷
5
为了得出插值公式p2(x),先解决一个特殊的二次插值问题： 求作二次式l0(x)，使满足条件 l0(x)=1 , l0(x1)=l0(x2)=0 （ 7） 这个问题是容易求解的，事实上，由式（7）的后两个条 件知，x1,x2是l0(x)的两个零点，因而
l0(x)=c(x-x1)(x-x2) 再利用式（7）剩下的一个条件 l0(x0)=1确定系数c，结果得出
10
开始 输入x (xi ,yi ) , i=0,1,2,…,n
0→y 0→k
1→t
x xj tt xk xj j 0, ,k 1, k 1, ,n
y + t·yk →y
≠
K=n?
= 输出y
k+1→k
图1-3
2011-6-1 考试答卷 结束 11
式（10）称作拉格朗日插值公式. 该公式的形式对称，结构紧凑， 因而容易编写计算程序.事实上， 式（10）的逻辑结构上表现为二 重循环.内循环（j循环），然后 再通过外循环（k循环）累加得出 插值结果y.图1-3是拉格朗日方法 的算法图框.
2011-6-1 考试答卷 3
y
1
l0(x)
1 l1(x)
0
0 x0 图 1-1 x1 x x0 图 1-2
x1
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考试答卷
4
2、抛物插值
线性插值仅仅利用两个节点上的信息，精 确度自然很低，为了提高精确度，进一步 考察下述二次插值。
问题4 求作二次式p2(x),使满足条件
p2(x0)=y0, p2(x1)=y1, p2(x2)=y2 (6) 二次插值的几何解释是，用通过三点 (x0,y0),(x1,y1),(x2,y2)的抛物线y=p2(x)来近 似所考察的曲线y=f(x),因此这类插值亦称 为抛物插值。
1 0 1 0 1 0 1 1 0
0
x0 x1
1
x1 x0
则有： p1(x)=y0l0(x)+y1l1(x) （5） 注意，这里的l0(x)和l1(x)分别可以看做是满足条件 l0(x0)=1 , l0(x1)=0 l1(x1)=1 , l1(x0)=0 的插值多项式.这两个特殊的插值多项式称作问题3的插值基函 数 （参考图1-1、1-2）. 式（5）表明，插值问题3的解p1(x)可以通过插值基函数l0(x)和 l1(x)组合得出，且组合系数恰为所给数据y0,y1.