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数值Chapter5_6_样条函数插值精讲.ppt

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我们来观察跃度: ①阶梯函数的基函数 此函数本身在 处有间断,跃度为1. ② 一次单项式 的半截幂及其1阶导数 ③ 次单项式 的半截幂及其 阶导数 至此我们已经可以观察到: ①单项式半截幂 可被视为一个结点的 次 样条; ②平移后得到的 也是一个结点的 次样条; ③平移、压缩、组合后得到的 是两个结点的 次样条. 尤为重要的是:利用半截幂这样简单的样条可构造 出一系列新的样条. 定理(3)前述分划 上存在唯一自然样条 且可表为 其中 B-样条基础 前已指出:我们可以利用半截幂这样简单的样条作 为基装配成一系列新的样条.下面讨论通过提供基函 数(Bases Function)来构造样条函数空间的一般方法. 首先将有限的结点集扩展为无穷集分划 其次定义半截幂 的一阶差分 如此得到的样条 称为0次B-样 条(B-spline). 有如下性质: ① 对所有的 和所有的 ; ② 对所有的 于是0次样条函数可表为 阶梯函数 递归地定义 次B-样条 如下: 记 则(4.12)可写成 例1.1次B-样条(图4.8.3) 图4.8.3 于是1次样条函数可表为 分段线性函数 例2. 2次B-样条(图4.8.4) 图4.8.4 例3. 3次B-样条(图4.8.5) 图4.8.5 次B-样条 有如下性质: ①B-样条组 是 上的线性无关组. ②在相同的分划 之下, 越大, 的集Supp 越大,振幅越小,因而误差随远离结点而衰减. ③记 则有 ④若 为一致分划,则 B-样条 提供了一类具有若干特殊性质的基! B-样条插值 我们的兴趣在于利用B-样条作插值.为此,我们限制 于区间 .插值问题的提法为: 求 形如 满足条件 (ⅰ) 和 (ⅱ) 某种边界约束. 有关B-样条的更多理论与应用讨论留待下次课. 小结 ⑴ 样条相对于其它分段多项式插值的主要优点是它保证了 较高阶的整体光滑性.实践中,曲率间断就须仔细打量才能察觉, 三次样条能保证二阶导数连续,三阶导数仅在结点间断, 如此 的光滑通常是足够的.三阶导数在结点间断还带来了转折灵活 的特点. ⑵ B-样条的支集虽然随阶数的提高而扩大,但结点数据误差 仍可控制于局部,且愈远离结点愈衰减,这使得样条插值的稳定 性要优于其它高次多项式插值. ⑶ 次B-样条 之性质③ 意味着 越大 越光滑,但它的支集也就越宽,误差将传播到 愈远处才能消失为0.这就是高次样条也会有多余的波动的原因. ⑷ 样条插值计算是隐式的,需要形成并求解一个线性方程组, 不如前面讲过的多项式插值计算简便. ⑸有关样条插值收敛性和误差估计方面的问题我们没有提及, 建议阅读教材. 样条函数还有其它一些有用性质,例如: 次自然样条 也有类似于(4.11)的最优性不等式 这个不等式深刻揭示了自然样条的和谐之美! 样条函数插值 SPLINE INTERPOLATION 内容提要 引言 样条函数的物理背景 一般 K 次样条 3次样条插值 高次自然样条与B- 样条基础 §5.6 样条函数插值 5.6.1 引言 样条函数的物理背景 回顾前面几节讲过的各种代数插值,它们有一个共同的弱点,那就是: 它们都是相当刚性(stiff)的.也就是说, 局部数据误差易向远处传播、放大. 以Lagrang

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