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04数值分析及计算剖析
即 k=1,2,…,N 令 (j=1, 2, …N) 则可化为 这一方程组常称为“法方程”或“正规方程”,它是a,b1…,bN的N+1无联立方程。由实验数据计算出系数Skj及右端di后,就可以用诸如消元法等经典方法解出a1,b1,b2,…,bN。 【例】在一定条件下,测得某种生物活性材料的显气孔率(V)与晶化时间(t)和晶化温度(T)关系的实验数据如表3.17所示。 可以认为,它们之间存在线性关系 VP=a+b1T+b2t ( M=5,N=2) 由程序求得 a=93.71838, b1=-0.0890324, b2=-1.166774 所以,该种材料的气孔率可线性近似为 VP=93.718415-0.0890323T-1.1667743t 4.2.3 多项式拟合 材料学科中的许多实验数据,往往不能用线性拟合来近似。 【例】 某种生物材料,在一定温度下,放在模拟体液中处理,测得一批实验数据如表3.18所示。 由数据之间的图形关系知,它们可用一个二次多项式 y=b0+b1x+b2x2 来近似。同线性拟合时一样,作误差平方和 令 或 令 则化为 这是3个未知参数b0,b1,b2的一个方程,也称为法方程。若其系数行列式不等于零,则可唯一解出b0,b1,b2,确定近似多项式。 一般,设用n-1次多项式 y(x)=b0+b1x+b2x2+…+bnxn 作为未知函数的近似表达式,作误差平方和 4.3 积分解法 当积分函数非常复杂时,采用计算机进行积分运算是十分方便的,而积分的解法有龙贝格积分法、梯形法等多种方法,而简单的方法是梯形法。 这里简单介绍梯形法求积分: 当积分函数f(x)比较复杂时,需用计算机进行求解。梯形积分法是进行积分较简单的一种方法。 其原理是:把积分区间n等分,把每一等分看为一个梯形,求出每个梯形的面积,再进行累加运算可得到最终积分结果。 如上图所示进行n等分,则每等分的长度为ni=(a+b)/n 每个梯形的面积为: 其中k=0,1,2,…n j=1,2,…n 此处a=0.5 b=1, 计算结果为: 当n=10 yy=0 当n=50 yy=0 当n=100 yy=0 当n=200 yy=0 当n=400 yy=0 当n=1000 yy=0. 430964401 当n=2000 yy=0. 430964405 而积分的准确值为 数据处理技术——总结 ●插值方法——拉格朗日插值公式 ●曲线拟合——多元拟合和多项式拟合 ●积分解法——掌握简单的求解方法 第四章 数据处理技术 第四章 数据处理技术 4.1 插值方法 4.2 曲线拟合 4.3 积分解法 在企业生产管理和科学实验中,经常要接触大量的数据。这些数据提供了许多有价值的信息,可以帮助企业管理人员了解生产的状况和存在的问题,帮助科研人员认识学科中的各种内在规律。因而,它们是开发新品种和新工艺、增加产量、提高质量的依据。 上述信息都是蕴藏在大量数据之中,需要人们对数据作科学的整理和分析,去粗取精、去伪存真,从中提取有用信息,或从中推出某些内在规律性,指导科研和生产工作。 数据处理是一门专门的课程,其内容很广。本章结合工业生产和科研的需要,介绍几种常用的技术。 4.1 插值方法 如果物理量之间的函数关系的解析形式不知道,或者虽然知道但过于复杂而不便计算时,常常将函数关系列成表格,在具体情况下一般表现为实验测试结果用表格形式给出。 X X1 X2 X3 …… Xn Y Y1 Y2 Y3 …… Yn 插值法要解决这样一类问题,人们确信现有的一组数据是精确的或者是高度可靠的原始数据: (x1,y1), (x2,y2), …,( xa,ya), 根据这些数据点建立一个便于计算的初等函数或曲线 y = f(x),使它通过这些给定的数据点: f(x1) = y1,f(x2) = y2,…,f(xa) = ya 用这种方法所得的近似公式叫插值公式。已知的数据点叫节点。下面首先介绍这种插值公式建立的原则。 插
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