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1、1,插值法:原理与应用,Zhenhua Song,2,插值的背景,1.只有n个点处的函数值希望找到一条通过这些点的曲线(连续、光滑)2.函数太麻烦,近似简化找到一个好计算的函数,近似代替3.用多项式代替多项式方便求值、求导、积分等,3,插值&逼近&拟合,0.给定n个不同的点,构造曲线1.插值:曲线依次通过n个点2.逼近:曲线最接近n个点(接近:在某种意义下)例:最小二乘法3.拟合:插值+逼近,4,泰勒展开,在某一点x0处展开只在x0处近似性较好远离x0的点误差较大需要n个点近似性较好插值可以胜任,5,一次插值,用一次函数近似表示,6,二次插值,用二次函数来表示,7,多项式插值:示例,给定的n+
2、1个不同的点找到一个n次多项式,依次通过这n+1个点n次多项式必然唯一,8,多项式插值:唯一性,9,多项式插值:唯一性,10,拉格朗日插值,11,拉格朗日插值:2点情形,12,基函数的构建:2点情形,13,基函数的构建:n+1点情形,14,拉格朗日插值:n+1点情形,15,拉格朗日插值:误差估计,16,拉格朗日插值:示例,17,Nevile迭代插值,18,Nevile迭代插值,19,Nevile迭代插值,20,牛顿差商插值,21,牛顿差商插值:系数确定,22,牛顿差商插值:系数确定,23,牛顿差商插值:公式导出,24,牛顿差商插值:系数求解,25,牛顿差商插值:间距相等,26,牛顿差商插值:间
3、距相等,27,牛顿差商插值:反向差商,28,Hermite插值,29,拉格朗日插值缺点,插值多项式形状、走向差异较大,30,Hermite插值:优势,31,Hermite:一阶导数相同,32,Hermite:一阶导数相同,33,Hermite:一阶导数相同,34,回忆拉格朗日基函数,35,Hermite:其他,36,三次样条插值:背景,37,线段连接:粗糙,相邻两点用线段连接形成折线,不够光滑,38,三次样条插值:特性,39,三次样条插值:边界,40,三次样条插值:构建,41,三次样条插值:构建,42,三次样条插值:应用,43,44,45,多项式插值:对比,46,参数曲线,47,参数曲线:图像,48,三次参数曲线:定义,49,三次参数曲线:构造,50,三次函数曲线:图像,51,Bezier曲线,n+1个点分成n段,每一段都是三次参数曲线输入:n+1个点n段上端点切向量上某一点输出:n个三次多项式,作为Bezier曲线,52,Bezier曲线:形状,53,Bezier曲线:特点,改变某一段,不会对其他段产生影响常用于工业设计设计汽车外形Adobe illustrator可以方便绘制缺点:不方便进行误差分析B样条曲线可以更好地进行误差分析,