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1、插值法:原理与应用,Zhenhua Song,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,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,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,一次插值,用一次函数近似表示,二次插值,用二次函数来表示,多项式插值:示例,给定的n+1个不同的点找到一个n次多项
2、式,依次通过这n+1个点n次多项式必然唯一,多项式插值:唯一性,多项式插值:唯一性,拉格朗日插值,拉格朗日插值:2点情形,基函数的构建:2点情形,基函数的构建:n+1点情形,拉格朗日插值:n+1点情形,拉格朗日插值:误差估计,拉格朗日插值:示例,Nevile迭代插值,Nevile迭代插值,Nevile迭代插值,牛顿差商插值,牛顿差商插值:系数确定,牛顿差商插值:系数确定,牛顿差商插值:公式导出,牛顿差商插值:系数求解,牛顿差商插值:间距相等,牛顿差商插值:间距相等,牛顿差商插值:反向差商,Hermite插值,拉格朗日插值缺点,插值多项式形状、走向差异较大,Hermite插值:优势,Hermit
3、e:一阶导数相同,Hermite:一阶导数相同,Hermite:一阶导数相同,回忆拉格朗日基函数,Hermite:其他,三次样条插值:背景,线段连接:粗糙,相邻两点用线段连接形成折线,不够光滑,三次样条插值:特性,三次样条插值:边界,三次样条插值:构建,三次样条插值:构建,三次样条插值:应用,多项式插值:对比,参数曲线,参数曲线:图像,三次参数曲线:定义,三次参数曲线:构造,三次函数曲线:图像,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,Bezier曲线:形状,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,