数值计算方法实验报告5―温度分布的曲线拟合.pdf

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数值计算方法实验报告5―温度分布的

曲线拟合

本报告是关于温度分布的曲线拟合的,望对大家有所帮助!!!

数值计算方法实验报告

标题:温度分布的曲线拟合

1.实验描述:

在科学技术工程和实验中,经常需要从大量的实验数据中寻

找拟合曲线,最

简单的是一维情形(一元函数),此时数据的形式为x和y坐

标的有序对,如:(x1,y1),...,(xN,yN),这里的横坐标{x}是明确的。

数值计算方法的目的之一是求解一个将自变量与因变量联

系起来的拟合函数。求解拟合函数的方法有多种,常见的方法有:

线性最小二乘拟合、多项式拟合(最小二乘抛物线拟合)、样条

插值拟合(三次样条拟合)、三角多项式拟合、贝塞尔曲线拟合

这五种方法。

本次实验分别利用上述五种方法对一组温度数据进行拟合,

通过拟合的结果比较这五种方法的优缺点(主要考虑误差)。

2.实验内容:

已知某地区一天的温度数据如下:时间,p.m

***-**********午夜

***-********-********-*****

温度

时间,a.m

***-**********正午

***-********-********-*****

温度

分别利用:线性最小二乘拟合、多项式拟合(最小二乘抛物

线拟合)、样条插值拟合(三次样条拟合)、三角多项式拟合、贝

塞尔曲线拟合这五种方法对这组温度数据进行拟合,通过拟合的

结果比较这五种方法的优缺点。

3.实验原理及分析:

本报告是关于温度分布的曲线拟合的,望对大家有所帮助!!!

①线性最小二乘拟合法:

设{(x,y)}有N个点,其中横坐标{x}是确定的。最小二乘拟合

曲线为:

kkk=1kk=1

y=Ax+B,其系数满足如下正规方程:(∑x)A+(∑xk)B=∑xkyk

2k

NN

NNN

k=1N

k=1k=1

(∑xk)A+NB=∑yk

k=1

k=1

N

解得:A=

N

∑x

k=1Nk=1

N

k

ykNxy

2k

∑x

k

Nx

N

2

=

∑(x

k=1

N

N

k

x)(yky)

,B=yAx

k

∑(x

k=1

k

x)

2

其中:x=

∑x

k=1

N

,y=

∑y

k=1

N

线性最小二乘法的本质是:多元函数(均方根误差函数)求

极值问题。

在处理一些非线性拟合问题时,我们往往会通过适当的变量

代换将问题转化为线性最小二乘法拟合问题。

②多项式拟合(最小二乘抛物线拟合)法:

设{(x,y)}有N个点,其中横坐标{xk}k=1是确定的。最小二乘

抛物线拟合曲线为:kkk=1

y=Ax2+Bx+C,其系数满足如下正规方程:

(∑x)A+(∑x)B+(∑x)C=∑xk2yk

4k

3k

2k

NN

NNNN

k=1N

k=1N

k=1N

k=1N

(∑x)A+(∑x)B+(∑xk)C=∑xkyk

3k

2k

k=1N

k=1N

k=1k=1

(∑x)A+(∑xk)B+NC=∑yk

2k

N

k=1k=1k=1

最小二乘抛物线拟合方法的本质仍然是:多元函数(均方根

误差函数)求极值问题,可见最小二乘法的核心问题是:求解使

均方根误差函数取最小值时的拟合函数的参数。具体方法为(以

最小二乘抛物线拟合为例):

N

E(A,B,C)=∑(Axk2+Bxk+Cyk)2,分别对A,B,C求偏导数:

k=1

E(A,B,C)E(A,B,C)E(A,B,C)

=0=0,=0ABC最终得到上述正规方程。

③样条插值拟合(三次样条拟合)法:

本报告是关于温度分布的曲线拟合的,望对大家有所帮助

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